KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AYDINLATMA PROJE VE LABORATUVARI DENEY KİTABI 2012, KOCAELİ

2 DENEYDE UYULMASI GEREKEN KURALLAR 1. Bütün öğrenciler deney saatinden 5 dakika önce laboratuvarda olmak zorundadır. Deney başladıktan sonra kimse deneye alınmayacaktır. 2. Bütün deneyler daha önceden belirtilen tarihlerde yapılacaktır. 3. Deneye mazeretleri nedeniyle katılamayanlar, telafi haftasında sadece bir deneye katılabilirler. 4. Bütün öğrenciler deneylere gerekli hazırlıklarını tamamlayarak gelmek zorundadırlar. Sorulan sorulara cevaplar alınamaz ise, öğretim elemanı kişileri deneyden çıkartabilirler. 5. Deney raporları belirtilen günlerde teslim edilecektir. Belirtilen tarihten sonra getirilen raporlar değerlendirmeye alınmayacaktır. 6. Deneyler şebeke gerilimi altında yapıldığından, hepimizin can güvenliği açısından laboratuvar içerisinde şakalaşmak, yüksek sesle konuşmak kesinlikle yasaktır. 7. Deney bitiminde, bütün bağlantılar sökülerek ölçü aletleri kapatılacaktır. 8. Deney raporları kesinlikle kurşun kalemle yazılmayacaktır.

3 LED Lambalar Deney 1 1 LED Lambalar Deneyin Amacı: LED lambaların kısaca genel özelliklerini öğrenmek 1.1 Teorik Bilgi Tasarımcılara geniş ve kolay kullanım imkanları sunan LED ler (Light Emiting Diode) sahip oldukları birçok olumlu özellikten dolayı her geçen gün biraz daha geliştirilerek aydınlatma sektöründe yerini almıştır. Çok düşük enerji sarfiyatları, yüksek ışık verimliliği, minimal boyutları, geniş renk yelpazesi, farklı renk sıcaklıkları gibi birçok özelliğiyle yakın bir zamanda geleneksel aydınlatma sistemlerini geride bırakacak oldukça geniş uygulama alanına sahip olan bir teknolojidir. Nano saniyeler mertebesinde hızlı bir ışık çıkışına sahiptir. Şok ve titreşimlere dayanıklıdır. Cam, flaman gibi kırılgan elemanlar ihtiva etmez. LED ampulleri doğru akım kullandığı için çalışmaları tamamıyla sessizdir. Çevrecidir; yapısında civa gibi ağır metaller ve halojen gazları yoktur. Titreşimsiz yanma özelliğine sahiptirler. Isı vermeyen ışık nedeniyle güvenli kullanım olanağı vardır. Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışıyan, diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisine dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotlardır. Power LED ler genellikle 1W ve 3W olarak kullanıma sunulmaktadır. Beyaz renkli power LED ler iç ve dış genel aydınlatma için kullanılmakta, mavi, kırmızı, sarı, yeşil ve RGB power LED ler Wallwasher diye adlandırılan duvar boyama aydınlatmaları için kullanılmaktadır. Power LED konusunda lider firmalar Samsung ( sunnix-5), Cree ( X-lamp), Osram ( Dragon-X), Lumileds ( Luxeon rabel), Seul Semi Conductor (z-powerled), Nichia dır. Arkalarından Awago, Edison ( edixeon), Everlight, Prolight, Kingbright, Huey Jann, Lummicro gibi firmalar gelmektedir. Power LED ler renklerine göre farklı ışık şiddetlerine sahiptir. Örnek tablo olarak; Renk Dalga Boyu Akım Voltajı Parlaklık Açı ( color) (Wavelenght) ( IF) (VF) (Lumen) (View Angel) Yeşil mA Sarı mA Kırmızı mA Mavi mA Beyaz 6000 K 350mA Sıcak Beyaz 3300 K 350mA Dalga Boyu (Wavelenght): Beyaz Power LED lerin farklı 3200 K 8000 K dalga boylarında imalatları vardır K 3300 K Sıcak Beyaz (Warm White), 3500 K 4500 K Natural Beyaz (Natural White), 5500 K 6500 K Saf Beyaz, Gün ışığı (Pure White), 6500 K 8000 K Soğuk Beyaz (Cool White) olarak imal edilirler. 1

4 LED Lambalar Deney 1 Akım (IF): 1W Power LED ler 350mA, 3W Power LED ler 700mA sabit akım ile beslenmektedir. Sabit Akım (Constand Current) kaynaklı LED sürücüler (LED driver) ile beslenmelidir. Özellikle sıcak ve soğuk beyaz LED ler için LED sürücünün verimi çok önemlidir. Gerilim (VF): 1W Power LED ler renklerine ve imalatçı firmaya göre 2V-5V arasında çalışmaktadır. Power LED sürüm voltajı önemlidir. Örneğin 10 adet beyaz power LED in seri bağlaması durumunda kullanılması gereken LED sürücü 350mA sabit akımlı, 12-13W ve 35-40V olmalıdır. Parlaklık (Lümen): Power LED ler yoğun ışık sağlamak için kullanılmaktadır. 1W lık 350mA akımla 80 Lümen veren LED ile 700mA akımla 80 Lümen veren LED tercih edildiğinde 350mA lik LED tercih edilmelidir. Açı (View Angel): Renkli RGB 1W ve 3W Power LED ler genellikle dekoratif amaçlı duvar boyamaları (WallWasher) için kullanılmaktadır. Bu nedenle ışığın uzun mesafelere taşınması gerekir. Bunun için LED lerin önüne lensler takılır. Bu Power LED lensler 5 C, 15 C, 20 C, 35 C, 55 C açılı olarak üretilmektedir. Beyaz renkli Power LED ler genellikle 55 C ve 120 C olarak üretilmektedir. 2

5 Floresan Lambalar Deney 2 2 Floresan Lambalar Deneyin Amacı: Demir balastlı, elektronik balastlı ve kompakt floresan lambaların çalışma prensiplerinin belirtilmesi, bağlantı şemalarının incelenmesi, karakteristik değerlerin ve kullanım yerlerinin öğrenilmesi. 2.1 Lambanın Yapısı ve Genel Özellikleri Alçak basınçlı cıva buharlı lamba olan floresan lambalar, deşarj lambaları içinde en çok bilinenidir. Floresan lambalar genellikle iç aydınlatmada, bazen de sokak ve tünel aydınlatmasında kullanılırlar. Şekil 1 de tüp şeklindeki floresan lambanın iç yapısı görülmektedir. Şekil 1: Floresan lambanın iç yapısı 1: Ampül - Genellikle çubuk şeklinde cam tüp 5: Havası alınarak asal gaz yerleştirilmiş elektrot tüpü 2: Gaz - Argon ya da düşük basınçta asal gazların ile cıva 3: Cam tüpün iç kısmını kaplayan floresan bileşim 4: Elektrot 6: Bağlantı uçları ( Flaman ) 7: Cıva buharının deşarjı 8: Cıva atomu 9: Metal soket Esas olarak alçak basınçlı cıva buharlı deşarj lambaları sınıfına giren floresan lambalar günümüzde akkor lambaların 3-5 katı ışıksal verimlilikleriyle ve gelişmiş renk seçenekleriyle en popüler ışık kaynaklarındandır. Floresan lambalar bir balast ve starter devresiyle çalıştırılabildiği gibi, bazı tipleri starter devresine ihtiyaç duymadan da çalışabilir. Kompakt floresan olarak bilinen tipler ise çalışması için gerekli olan yardımcı elemanları bünyesinde barındırdığı için şebekeye doğrudan bağlanabilirler. Floresan lambalar elektriksel deşarj ile ışık açığa çıkarır. Lamba elektrotlarından yayılan elektronlar, tüp içerisinde hareket ederken aynı ortamda bulunan cıva atomlarının elektronlarıyla çarpışır. Cıva atomlarının elektronları bu çarpışmanın etkisiyle yörüngelerinden çıkar ve tekrar yörüngelerine dönerken UV ışınım yayar. Floresan lambanın iç yüzeyindeki fosfor kristalleri tarafından görünür ışığa dönüştürülür. Floresan lambaların verimleri (ışıksal etkinliği) lamba gücüyle doğru orantılı olarak artış gösterir. Bunun nedeni büyük güçlü lambalarda elektrotları optimum sıcaklıkta tutmak için 3

6 Floresan Lambalar Deney 2 gereken gücün küçük güçteki lambalara oranla daha düşük olmasıdır. Lamba akımının verim üzerindeki etkisi büyüktür. Artan lamba akımı etkinlik faktörünün düşmesine sebep olur. Floresan lambanın tüp yapısında kullanılan malzemeler, kullanım alanına ve lambanın çeşidine göre farklılık gösterebilir. Genelde tüp şeklindeki floresan lambaların ampulleri soda-kireç camdan yapılırken eğrisel ve dairesel floresan lamba tüpleri kurşun katkılı camdan imal edilir. Floresan lambanın içindeki civa buharı tek başına görünür bölgede ışık üretemediği için lambanın iç yüzü flor-ışıl tozlarla kaplanır. Bu tozun türü; lambanın verimini, rengini ve renksel geri-verimini etkileyen en temel bileşendir. Tozun saflığı ve kristal boyutu da oldukça önemlidir. Floresan lambanın elektrotları iki veya üç bükümlü olabilir. Elektrotların ana görevi deşarj için gerekli olan serbest elektron oluşumunu sağlamaktır. Floresan lambalarda civa buharı tek başına deşarjın devamı için yeterli olmaması nedeniyle belli oranlarda argon ve kripton gazı içerir. Bu gazlar asal gazlardır. Lamba içindeki gazların basınç değerleri lamba ömrü ve verimi açısından doğrudan etkilidir. Işıksal verim açısından en ideal değerler; civa buharı için 0.8 Pa, yardımcı gazlar için 2500 Pa dır. Floresan lambaların verimliliğini; öncelikle kullanılan flor-ışıl tozlar belirler. Ayrıca ortam sıcaklığı, dış çevredeki ısıl değişimler, lamba içerisindeki civa buharının basıncı yayılan ışık akısı verimliliğini etkiler. Kullanılan balast ve yardımcı elemanların kalitesi de yayılan toplam ışık akısı üzerinde etkilidir. Floresan lambalarda ısıl kayıplar çok azdır ve lambaların verimleri lm/w değerlerindedir. Floresan lambalarda, normal çalışma değerlerinin üzerindeki ve altındaki sıcaklık değerlerinde ışık akısında azalma gözlenebilir. Floresan lambaların ömürlerini etkileyen en önemli faktör, açma kapama sıklığıdır. Lambanın ateşleme süresince flamanlar üzerinden geçen yol alma akımı elektrotlar üzerine kaplanmış baryum oksit tabakasında ciddi yıpranmaya neden olur. Floresan lambaların ömürleri hesaplanırken 3 saatlik kullanım süresi baz alınır. Lamba için belirtilen 7500 saatlik kullanım süresi açma kapama için geçerlidir. Yakma periyodunun daha da uzatılması lambanın ömrünü ciddi oranda artırır (1 saatlik çalışma periyodu -%35, 10 saatlik çalışma periyodu +%40, sürekli çalışma periyodun +%150). Bir floresan lamba yaşam süresinin sonuna geldiğinde ışığı titremeye başlar. Açma anında lambanın birkaç kere ateşlemesinden sonra lambanın ışıldaması, kullanım süresinin sonuna geldiğinin en belirgin kanıtıdır. Yüksek frekanslı balast ve ateşleme yapısı lamba ömrünü artıran etmenlerdir. Floresan lambalar, yapılarına ve fosfor tuzlarına bağlı olarak sıcak beyaz, beyaz, soğuk beyaz, günışığı, soğuk günışığı gibi geniş bir renk yelpazesinde üretilir. Demir Balastlı Floresan Lamba Şekil 2 de, demir balastlı floresan lamba bağlantı şeması görülmektedir. Devre bir floresan lamba, bir balast, bir starter ve parazit önleyici olarak startere paralel bağlanan bir kondansatörden oluşmaktadır. Lambanın ateşlenmesi ve deşarjının başlaması için şebeke geriliminden daha büyük bir gerilim gerekmektedir. Ateşleme gerilimi starter denilen bir ateşleyici yardımı ile şok bobini olarak kullanılan balast üzerinden sağlanır. Starter, cam bir balon içinde neon gazı doldurulmuş ve iki elektodu bulunan silindir şeklinde ve bimetal şeritten yapılmıştır (Bimetal şerit, sıcaklık katsayıları birbirinden farklı iki madensel şeritten, örneğin demir ve bakırdan oluşur). 4

7 Floresan Lambalar Deney 2 Şekil 2: Demir balastlı floresan lamba bağlantı şeması Starterin uçlarına şebeke gerilimi uygulanınca birbirine zaten yakında bulunan starter elektrotları arasında ışıltılı boşalma başlar. Bu sırada boşalma direnci oldukça büyüktür; dolayısıyla elektrotlar ısınır ve birbirine değerler. Starterin kısa devre olmasıyla devreden floresan lambanın elektrotlarını kızgın duruma getiren, dolayısıyla bol miktarda elektron üretimine yol açan kuvvetli bir akım geçer. Bu arada starter elektrotları soğur; elektrotlar eski durumuna gelir ve akım devresi açılmış olur. Starter devresinin açılmasıyla, balast trafosunun öz endüktansı nedeniyle boşalmayı başlatmaya yetecek kadar bir gerilim (1000 V) endüklenir. Bu suretle lamba ateşlendiğinde, 1000 V luk gerilim, balast trafosunun endüktif direnci nedeniyle hızla yaklaşık 100 V luk floresan lamba çalışma gerilimine düşer. Floresan lambaların doğrudan şebekeye bağlanması mümkün değildir. Yardımcı eleman olarak balast kullanılması gerekmektedir. Devrede kullanılan balastın görevleri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır. * Lamba akımını sınırlamak ve düzeltmek (Negatif direnç özelliği göstererek) * Her alternansda gerilimin sıfıra düşmesine rağmen ışık vermeye devam etmesini sağlamak * İşletme geriliminden çok daha büyük olan deşarj gerilimini sağlamak Elektronik Balastlı Floresan Lamba Elektronik balastlarda, esas olarak, şebeke gerilimi doğrultulur ve 20 khz ila 100 khz aralığında, yüksek frekanslı, sinüsoidal olmayan gerilim üretilir. Lamba akımının sınırlandırılması için elektronik stabilizasyon devresi kullanılır. Lambaya paralel bağlı kondansatör yardımıyla ise lamba elektrotlarının ön ısınma akımının akması sağlanarak ateşleme gerçekleştirilir. Yani endüktif balastlı devrelerdeki starter görevini üstlenir. Elektronik balastlı floresan lambaların dezavantajlarının başında yüksek harmonik bozulmaya sahip akımla çalışması yer almaktadır. Bu harmonik bozulumlar girişe bağlanacak alçak geçiren filtre aracılığı ile elimine edilebilir. Harmonik bozulumlar yok edilmediği taktirde, oluşan yüksek frekanslı harmonikler, aşırı gerilimlere yol açıp diğer cihazlarda ve hatta aynı şebekeden beslenen diğer abonelerde büyük hasarlara yol açabilir. Bu nedenle mutlaka bulunması gereken kademedir. Elektronik balastlar, endüktif balastlara göre daha maliyetleri olmasına karşın üstünlükleri oldukça fazladır. Başlıca üstünlükleri; 5

8 Floresan Lambalar Deney 2 * Etkinlik faktörünü artırır. * Titreşim ve stroboskopik etkileri önler. * Ayrı bir starter gerekmeksizin lambaların ani ateşlemesini sağlar. * Lamba ömrünü uzatır. * Dimmer kullanma olanağı verir. * Gürültüsüzdür. *Balast kaybı daha azdır. Şekil 3: Demir balast (sol) ve elektronik balast (sağ) Kompakt Floresan Lamba (Tasarruflu Lamba) Kompakt floresan lambalar yukarıda bahsedilen floresan lambaların bütün özelliklerini taşırlar. Ancak şekil ve kullanım yerleri bakımından floresan lambalardan ayrılırlar. Bu lambalar akkor flamanlı lambaların kullanıldıkları her yerde kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Elektrik bağlantısını sağlayan duy yapısı akkor flamanlı lambalar gibidir. E14 ve E27 duy şekillerinde de imal edilebilirler. Floresan lambaların çalışması için gerekli olan starter ve balast işlevini lamba içerisine yerleştirilmiş elektronik devreler yapar. Bu lambalarda aynen floresan lambalarda olduğu gibi dimmer kullanarak ışık miktarı ayarlanamaz. Tasarruflu lambalar elektrik tüketiminin %80'ini ışığa çevirirler. Böylece oldukça yüksek kabul edilecek bir verimliliğe sahip olur. İyi bir lambadan watt başına en az 50 lümen (50 lümen/watt) ışık üretmesi beklenir. 100 wattlık akkor lamba 1350 lümen ışık üretir. Verimliliği 13,5 lümen/watt'tır. Tasarruflu lambalar ise 1350 lümen ışığı sadece 20 watt elektrikle üreterek 67,5 lümen/watt verimliliğini sağlar. Tasarruflu lambalar, akkor lambalara göre yaklaşık 10 kat daha pahalıdırlar. Bununla birlikte fiyata aldanmakta yanlış olur. Ortalama akkor lamba 500 saat ömre sahipken, tasarruflu lambalar saat ömre sahiptirler. Bu da kat daha uzun ömür demektir. Böylece sadece elektrik tasarrufu değil aynı zamanda fiyat olarak da yarı yarıya karlıdırlar. 6

9 Floresan Lambalar Deney Deney Aşağıdaki deney montajını gerçekleştiriniz. Devreye gerilim uyguladıktan sonra ölçü aletlerinin gösterdiği değerleri 10 saniye aralıklarla Tablo 1 e kaydediniz. Şekil 4: Demir balastlı floresan lamba deney montaj şeması Tablo 1: Kondansatör bağlı değilken alınan ölçümler Zaman (sn) A V1 V2 W Cosφ Cosφ = 0.98 yapacak kondansatör gücünü, 60. saniye için hesaplayarak devreye bağlayınız. Ölçüm değerlerini Tablo 2 ye kaydediniz. 7

10 Floresan Lambalar Deney 2 Tablo 2: Kondansatör bağlı iken alınan ölçümler A V1 V2 W Cosφ Aşağıdaki montajı gerçekleştiriniz. Devreye gerilim uyguladıktan sonra ölçü aletlerinin gösterdiği değerleri Tablo 3 e kaydediniz. Şekil 5: Elektronik balastlı floresan lamba deney montaj şeması Tablo 3: Elektronik balastlı floresan lambadan alınan ölçümler A V1 V2 W Cosφ 8

11 Floresan Lambalar Deney 2 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1. Deneyde yapılanları ve anlatılanları kısaca yazınız. 2. Alınan ölçümleri yorumlayınız. 3. Bir endüstriyel tesiste gücü 2X Watt olan YX adet demir balastlı floresan lamba bulunmaktadır. Balast kaybı 5.Y VAr dir. Buna göre sistemde Cosφ = 0.98 yapmak için gerekli kondansatör gücünü bulunuz ( XY: öğrenci numarası son iki rakamı ). 9

12 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 3 3 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deneyin amacı; alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların çalışma mekanizmalarını öğrenerek elektrik mühendisliği bakış açısı ile işletme koşullarına ilişkin çıkarımlarda bulunabilmek, çalışmaları için gerekli yardımcı elemanları tanımak, yüksek basınçlı sodyum buharlı ve diğer gaz deşarjlı lambalardan farklı olan yanlarını tartışmak; laboratuvar ortamında alçak basınçlı sodyum buharlı bir lambanın elektriksel bağlantılarını yaparak lambayı çalıştırmak, lambanın ilk ve normal çalışması süresince yaşadığı elektriksel değişimleri izlemek, ölçmek ve değerlendirebilmektir. 3.1 Lambanın Genel Özellikleri Gaz deşarjlı lambalardan olan alçak basınçlı sodyum buharlı lambalar, ilk defa ticari olarak kullanılmaya başlandıkları 1932 yılından bu yana en verimli lambalar olma unvanını korumaktadırlar. Sokak lambalarından da hatırlanabileceği gibi belirgin bir sarı-turuncu ışık yayarlar ki bu, lambanın yapısındaki sodyumun ışık spektrumundan kaynaklanmaktadır. Lambayı verimli kılan da bu tek renkli (monokromatik) ışıktır. Fakat bu rengin bir dezavantajı da vardır: alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların ışığında renkleri ayırt etmek güçleşir; yani renksel geriverimleri oldukça kötüdür. Bu tip lambalar; dış aydınlatmada, özellikle sokak ve otoyol aydınlatmasında yaygın olarak kullanılırlar. Geniş alanların aydınlatılmasında ve renksel geriverimden çok görüş elde etmenin önemli olduğu yerlerde tercih edilirler. Ayrıca tek renkli ışığı, dolayısıyla hareketi algılamaya daha elverişli olduğundan dolayı güvenlik uygulamalarında ve ışığının filtre edilerek yok edilmesi kolay olduğundan dolayı da gözlemevlerinin etrafındaki yerleşim yerlerinde kullanılmaktadırlar. Şekil 1: Alçak basınçlı sodyum buharlı lambanın ışık spektrumu. Lambanın Verimi: Alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların en göze çarpan özelliği, hiç kuşkusuz ki tüm lambalar içindeki en verimli lambalar olmalarıdır. Bir ışık kaynağının verimi, kaynağın giriş gücüne karşılık ne kadar görünür ışık ürettiğiyle ilgili bir kavramdır. Söz konusu olan bir lambanın verimi ise burada hem lambanın harcadığı ama ışığa dönüşmeyen mekanik 10

13 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 3 veya kimyasal enerjiler, hem de üretilen ışığın da ne kadarının aydınlık sağlar (yani görünür) olduğu önem kazanır. Alçak basınçlı sodyum buharlı lambalara "en verimli lambalar" sıfatını kazandıran; içindeki sodyumun ışıdığı zaman yalnızca görünür, hem de insan gözünün en hassas olduğu (en iyi görebildiği) ışığı vermesidir. Bu durum, lambaya ait Şekil 1'deki ışık spektrumundan da rahatlıkla görülebilir. Farklı güç ve çeşitteki alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların verimleri 100 ila 200 lümen/watt arasında değişmektedir; verim 200 lümen/watt'a kadar çıkmaktadır. Lambanın Yapısı ve Çalışma Mekanizması Genellikle SOX tipleri kullanılan bu lambaların iç yapısı Şekil 2'deki gibidir. Şekil 2: SOX tipi bir alçak basınçlı sodyum buharlı lambanın iç yapısı Bu tip lambalarda optimum verimliliği sağlayabilmek için, sodyum buharı düşük basınçta (0,4 Pa) tutulmalıdır (1 atmosfer basıncı = Pa). Bunun için de deşarj tüpü geniş boyutlardadır ve böylece düşük sıcaklıkta çalışma sağlanmış olur. Doğrusal tipleri bulunsa da, iç hacmi arttırmak için deşarj tüpleri genellikle U şeklinde üretilir. Deşarj tüpünde metalik sodyumla beraber az miktarda neon bazlı bir gaz karışımı da bulunur (genellikle neon-argon karışımı). Bu gaz karışımı, lambanın çalışmaya başlaması ve sodyumun istenen düzeyde buharlaşarak ışıması için gerekli süreci başlatmak için gereklidir. Bu gaz karışımı, lambanın ilk çalışmasında gerekli olan gerilimin düşük olmasını sağlar. Lamba ilk enerjilendirildiğinde görülen kırmızı ışığı da, sodyumun buharlaşarak ışımaya başlamasından önce etkileşime giren bu gaz karışımı (neon+argon) üretir. Gaz karışımının kolaylaştırarak başlattığı ön deşarj olayı sonrası, deşarj tüpünün içinde bulunan katı haldeki metalik sodyum buharlaşmaya başlar. Düşük basıncın ve düşük gerilimin bulunduğu bu ortamda sodyumun buharlaşarak lambaya asıl rengini vermesi ve elektriksel büyüklüklerin beklenen değerlere ulaşması belli bir süre alır. Şartlara göre değişebilmekle birlikte bu süre, 10 dakika kadardır. Lamba ilk enerjilendirildiğinde, düşük basınç ve oda sıcaklığındaki deşarj tüpünde bulunan asal gaz karışımı (neon+argon) ön deşarjı başlatır ve ışır (kırmızı renkte); fakat bu ışık lambanın normal çalışmasında vereceği asıl ışık değildir. Bu ışıma ile ön deşarj başlamış olur ve deşarj tüpünün sıcaklığı giderek artar. Sıcaklık arttıkça sodyum buharlaşır, buhar halindeki sodyum da ışık vermeye başlar (sarı-turuncu renk). Bu olaylar sonucunda; deşarj tüpünün sıcaklığı, 11

14 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 3 sodyumun buharlaşarak ışık vermesi için en uygun (optimum) sıcaklık olan 260 C dolayına kadar artar. Bundan sonra lamba, olması gereken sarı-turuncu rengi vermektedir ve bunun kaynağı buhar (gaz) haline gelmiş olan sodyumdur. Diğer çoğu gaz deşarjlı lambada geçerli olduğu gibi, alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların çalışması için de bazı yardımcı devre elemanlarına ihtiyaç duyulur. Bu yardımcı devre elemanı ya balast+ignitör (ateşleyici), ya da bir kaçak akılı trafodur. Bu sayede ateşleme için gerekli olan daha yüksek miktardaki gerilim değeri elde edilmiş olur. Çeşitleri : Alçak basınçlı sodyum buharlı lambalar, sıklıkla SOX olarak da anılırlar. Buradaki SO, sodyumu; X ise deşarj tüpünün içindeki metal oksit kaplamayı tanımlar. Bu metal oksit kaplamanın rolü, lambanın ürettiği az miktardaki kızılötesi ışınları (yani ısıyı) geri yansıtarak ısı kayıplarını azaltmak ve lambanın verimi arttırmaktır. Fakat, SOX'ten farklı alçak basınçlı sodyum buharlı lamba çeşitleri de vardır (SO, SOI, SLI gibi). SO: Ayrılabilir (Dewar-Jacket) tip, SOI: İntegral tip, SOX: Kızılötesi (infra-red) kaplamalı tip, SLI: Doğrusal (linear) tip alçak basınçlı sodyum buharlı lamba çeşitlerini tanımlar. Güçleri ve Ömürleri : 10 W'tan 180 W'a kadar çeşitleri bulunabilen bu lambaların kullanım ömürleri saate kadar çıkmaktadır. Pratikte her 2 yılda bir değiştirilmeleri gerektiği bilinmektedir. Lambanın Artıları * Çok verimli lambalardır, * Geniş alanlarda kullanıma elverir güçtedirler, * İlk çalışmalarında ısınmaları için 5-10 dakikalık bir süre gerekse de; kısa süreli bir enerji kesintisi veya gerilim düşmesi yaşanırsa, sonrasında çalışmaya kaldıkları yerden rahatlıkla devam ederler, * LED veya akkor lambalardakinin aksine; kullanım ömürlerinin sonuna yaklaştıkça verdikleri ışık (lümen) miktarında bir düşme yaşanmaz, * Cıva içermediklerinden ömürlerinin sonunda daha kolayca bertaraf edilebilirler. Lambanın Eksileri * Tüm lambalar içinde renksel geriverimi en kötü olanlardır, * Lambanın içinde bulunan sodyum, hava ile temas ettiği zaman (örneğin lamba çöpte kırılırsa) yanabilen tehlikeli bir malzemedir. 3.2 Deney Deneyde temel olarak, alçak basınçlı sodyum buharlı bir lambanın laboratuvar ortamında elektriksel bağlantısının yapılması ve çalıştırılması amaçlanmaktadır. Bu esnada lambaya ilişkin elektriksel büyüklükler, ölçümler yapılarak izlenecek ve böylece lambanın kararlı çalışma 12

15 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 3 durumuna gelene kadar geçirdiği değişimler hem ölçümle elektriksel olarak, hem de gözlemle ışık rengi ve miktar olarak değerlendirilecektir. Yapılacak deneye ilişkin devre Şekil 3'teki gibidir. Şekil 3: Alçak basınçlı sodyum buharlı lamba deneyine ait bağlantı şeması. Şekil 3'teki devre enerjilendirildiği andan itibaren, zaman değişimleri de dikkate alınarak, Çizelge 1 doldurulacaktır. Çizelge 1 : Alçak basınçlı sodyum buharlı lamba deneyine ilişkin olarak alınan ölçümler. Süre Akım (A1) Akım (A2) Gerilim (V1) Gerilim (V2) Güç (W1) Güç (W2) 30 s 2 dk 5 dk 8 dk Lambanın normal (kararlı) işletme koşullarına ulaştığı düşünüldüğü durumda, Çizelge 2'deki değerler kaydedilecektir. Çizelge 2 : Lambanın kararlı çalışmakta olduğu duruma ilişkin büyüklükler. Gerilim (V1) Akım (A1) Güç (W1) Cosϕ 13

16 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 3 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1. Deneyde doldurduğunuz Çizelge 1'e uygun olarak, aldığınız 6 farklı elektriksel büyüklüğün zamanla değişimini ölçekli olarak grafiğe aktarınız. 2. Çizdiğiniz grafikte göze çarpan değerlerin yardımıyla lambanın çalışma karakteristiğini yorumlayınız. 3. Çizelge 2'de hesapladığınız cosϕ değerini lambanın elektriksel işletmesi açısından yorumlayınız. 14

17 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 4 4 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deneyin amacı; yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların çalışma mekanizmalarını öğrenerek elektrik mühendisliği bakış açısı ile işletme koşullarına ilişkin çıkarımlarda bulunabilmek, çalışmaları için gerekli yardımcı elemanları tanımak, alçak basınçlı sodyum buharlı ve diğer gaz deşarjlı lambalardan farklı olan yanlarını tartışmak; laboratuvar ortamında yüksek basınçlı sodyum buharlı bir lambanın elektriksel bağlantılarını yaparak lambayı çalıştırmak, lambanın ilk ve normal çalışması süresince yaşadığı elektriksel değişimleri izlemek, ölçmek ve değerlendirebilmektir. 4.1 Lambanın Genel Özellikleri Ticari olarak 1964 yılından bu yana kullanılan yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar, Dünyada sokak aydınlatmasında kullanılan en yaygın lambalardır. İçerdikleri sodyum nedeniyle yüksek verimlilikte olmalarının yanı sıra ışık renkleri alçak basınçlı sodyum buharlı lambalardan daha uygun ve kullanışlıdır. Alçak basınçlı sodyum buharlı olanlarla karşılaştırıldıklarında daha iyi bir renksel geriverime sahip olmaları verimlerinin biraz daha düşük olması sonucunu beraberinde getirmiştir. Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların kullanım alanları, alçak basınçlı sodyum buharlı lambalarınkilere benzerdir. Bu tip lambalar da özellikle dış aydınlatmada kullanılırlar. Sokak, otoyol, tünel, spor sahaları ve bahçe aydınlatmasında tercih edilirler. Lambanın Verimi: Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalarda, deşarj tüpünün basıncı arttırılarak ve karışıma cıva eklenerek alçak basınçlı sodyum buharlıda oldukça dar olan ışık spektrumu genişletilmiştir. Bu durum renk kalitesini iyileştirmiş olsa da, gözün görebileceği bölgenin dışındaki ışıkların da üretilmesine neden olmuştur. Bu da aydınlatma tekniği açısından ışık kaynağının verimini düşüren bir durumdur. Buna rağmen yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların verimi diğer pek çok ışık kaynağından daha yüksektir. Farklı güç ve çeşitteki yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların verimleri 80 ila 140 lümen/watt arasında değişmektedir, ortalama verimleri 130 lümen/watt civarındadır. Şekil 1: Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambanın ışık spektrumu 15

18 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 4 Lambanın Yapısı ve Çalışma Mekanizması Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların iç yapısı Şekil 2'de görüldüğü gibidir. Şekil 2: Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambanın iç yapısı Alçak basınçlı tiplerden farklı olarak yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalarda, yalnızca sodyum kullanıldığında oluşan ışık spektrumundaki dar ve tek renkli çizgilerin genişletilmesi amacıyla sodyumun yanı sıra cıva da kullanılmış ve lamba basıncı arttırılmıştır. Böylece, daha geniş bir ışık spektrumu elde edilerek renk kalitesi iyileştirilmiştir. Lambanın ışık vermesi, deşarj tüpü içerisindeki sodyum-cıva karışımının yüksek basınç ve sıcaklıkta buharlaşması ve uygulanan elektriksel gerilim ile uyarılması yoluyla gerçekleşmektedir. Bu lambaların işletilmesi esnasında ihtiyaç duyulan yüksek basınç için yüksek sıcaklık gerektiğinden, lambada (deşarj tüpünde) kullanılan malzemenin de bu koşullardaki sodyumun zararlarına karşı dayanıklı olması gerekmektedir. Nitekim bu lambalar, yüksek basınç ve sıcaklık altında çalışabilmelerini bu koşullardaki sodyumun oluşturacağı korozyona dayanıklı olan "saydam seramik" bir malzemeye borçludurlar. Lambada kullanılan seramik, alüminyum oksittir (alumina); bu malzeme istenen dayanıklılığı sağlamaktadır. Ayrıca bazı işlemlerden geçirildikten sonra saydam duruma getirilebilir olması, lambanın yapısında yer almasını olanaklı hale getirmiştir. Lambanın çalıştırılabilmesi için deşarj tüpünün içindeki metalik sodyum ve cıva karışımının buharlaşması gerekir, böylece lambanın ışık vermesini sağlayan ark da meydana gelmiş olur. Karışımın sıcaklığı, lambanın gücüyle yakından ilişkilidir; lambanın gücü ne kadar yüksekse karışımın sıcaklığı da o kadar yüksek olmalıdır ki sıcaklık yaklaşık 700 C'ye kadar yükselir. Karışımın sıcaklığı arttıkça, lambanın içindeki sodyum ve cıvanın buhar basınçları da artar ve uç gerilimi yükselir. Sıcaklık yükseldikçe akım sabit kalır, gerilim artar; böylece nominal gücüne ulaşıncaya dek lambanın gücü de artmış olur. Sodyum-cıva karışımının buharlaşması sonucu lamba kararlı duruma geçer ve gerçek ışığını verir. Lambanın en dışı, içten floresan madde ile kaplanmıştır; bu sayede cıvanın genişlettiği ışık 16

19 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 4 spektrumu dolayısıyla gözün göremeyeceği dalga boyunda oluşan ışık ışınları, gözün görebileceği dalga boyuna dönüştürülür. Lambaya beyaza yakın rengini veren cıvadır. Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar, elektriksel olarak işletilmeleri sırasında, kararlı çalışma durumunu sağlayabilmek için AC gerilim kaynağına seri bağlı durumdaki endüktif bir balastla birlikte kullanılırlar. Buradaki amaç, neredeyse sabit bir akım değeri elde etmektir. Lamba ile birlikte kullanılan balast, rezistif değil genellikle endüktiftir; böylece aktif güç kaybı miktarı da en aza indirilmeye çalışılmaktadır. Çeşitleri: Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar, SON kısaltmasıyla anılırlar. Bu ismin altında pek çok değişik üretim çeşitleri vardır. Bunlardan bazıları; standart, kendinden başlamalı - cıva takviyeli, reflektör tip, doğrusal gazlı tip olanlardır. Güçleri ve Ömürleri: 35 W'tan 1000 W'a kadar çeşitleri bulunan bu lambaların kullanım ömürleri, alçak basınçlı sodyum buharlılara göre daha uzundur ve saate kadar çıkabilir; ortalama ömürleri saattir. Lambanın Artıları * Verimli lambalardır, * Floresan veya alçak basınçlı sodyum buharlı lambalardan daha küçüktür; pek çok bağlantı tipine uyum gösterir, * Yenileme yoluna gidilirse, cıva buharlı lamba uygulamalarının yerini rahatlıkla alabilir, * Lamba ömrü alçak basınçlı sodyum buharlılardan daha uzundur. Lambanın Eksileri * Alçak basınçlı sodyum buharlılar kadar olmasa da renksel geriverimleri yine de kötüdür (metal halojen ve halojen lambalardan daha kötüdür), * V'luk düşük bir ark geriliminden sorumlu olan ve dolayısıyla da bir miktar güç kaybına sebep olan bir balast (verimsiz) ile kullanılırlar. Bu da tüm sistem düşünüldüğünde lambanın gerçek veriminin düşmesine neden olan bir durumdur, * Sodyumun yanında cıva da içerdiğinden, ömürlerinin sonuna gelindiğinde bertaraf edilmeleri, alçak basınçlı sodyum buharlı lambalarınkinden daha zahmetlidir. 17

20 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney Deney Deneyde temel olarak, yüksek basınçlı sodyum buharlı bir lambanın laboratuvar ortamında elektriksel bağlantısının yapılması ve çalıştırılması amaçlanmaktadır. Bu esnada lambaya ilişkin elektriksel büyüklükler, ölçümler yapılarak izlenecek ve böylece lambanın kararlı çalışma durumuna gelene kadar geçirdiği değişimler hem ölçümle elektriksel olarak, hem de gözlemle ışık rengi ve miktar olarak değerlendirilecektir. Yapılacak deneye ilişkin devre Şekil 3'teki gibidir. Şekil 3: Yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba deneyine ait bağlantı şeması. Şekil 3'teki devre enerjilendirildiği andan itibaren, zaman değişimleri de dikkate alınarak, Çizelge 1 doldurulacaktır. Çizelge 1: Alçak basınçlı sodyum buharlı lamba deneyine ilişkin olarak alınan ölçümler. Süre Akım (A1) Gerilim (V1) Gerilim (V2) Güç (W1) Güç (W2) 30 s 2 dk 5 dk 8 dk Lambanın normal (kararlı) işletme koşullarına ulaştığı düşünüldüğü durumda, Çizelge 2'deki değerler kaydedilecektir. Çizelge 2: Lambanın kararlı çalışmakta olduğu duruma ilişkin büyüklükler. Gerilim (V1) Akım (A1) Güç (W1) Cosϕ 18

21 Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lambalar Deney 4 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1. Deneyde doldurduğunuz Çizelge 1'e uygun olarak, aldığınız 5 farklı elektriksel büyüklüğün zamanla değişimini ölçekli olarak grafiğe aktarınız. 2. Çizdiğiniz grafikte göze çarpan değerlerin yardımıyla lambanın çalışma karakteristiğini yorumlayınız ve alçak basınçlı sodyum buharlı lamba için elde edilen değişimle karşılaştırınız. 3. Çizelge 2'de hesapladığınız cosϕ değerini lambanın elektriksel işletmesi açısından yorumlayınız ve alçak basınçlı sodyum buharlı lambanınkiyle karşılaştırınız. 19

22 5 Metal Halojen Lambalar Metal Halojen Lambalar Deney 5 Deneyin Amacı: Metal halojen lambaların bağlantı şemalarını inceleyerek, çalışma prensiplerini ve kullanım yerlerini öğrenmek. 5.1 Teorik Bilgi Bu lambalar yüksek basınçlı civa buharlı lambalara benzer yapıdadır, ancak deşarj tüpünde civaya ek olarak indiyum, thalyum ve sodyum gibi metal halojenler konulmuştur. Işık renk kaliteleri civa buharlılardan daha iyidir. Gerilim dalgalanmaları ± %10 u aşmamalıdır. Daha büyük dalgalanmalar ışık renginin değişmesine yol açar. Genellikle E40 tipi duylu üretilmektedir. 250W 2000W aralığında üretilmekte, etkinlik faktörleri lm/watt arasındadır. Deşarj lambaları negatif direnç özelliği gösterirler. Direnç elemanının akımı sınırladığı gerçeği dikkate alınırsa (pozitif direnç etkisi), negatif direnci, akımı arttıran bir özellik olarak tanımlamamız mümkündür. Deşarj lambaları, doğrudan gerilim kaynağına bağlanamazlar. Lambaya enerji verildiğinde, akım hızlı bir şekilde yükselme eğilimi gösterir. Bu yüzden bu tür lambalar devreye bir akım sınırlayıcı üzerinden bağlanmalıdır. Akım sınırlayıcı olarak balastların kullanımı çok yaygındır. Bir balastın sahip olması gereken özellikler aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır. * Güç kaybı fazla olmamalıdır. * Normal çalışma geriliminden daha yüksek olan ateşleme gerilimini sağlamalıdır. * Akımın dalga şeklinde bozulmalara sebep olmamalıdır. * Yeterli derecede yüksek bir güç faktörü sağlayabilmeli 20

23 Metal Halojen Lambalar Deney 5 Şekil 1: Mekanik Balast Elektrotlarda herhangi bir ön ısıtmaya gerek duyulmadan, deşarj lambalarında ateşlemeye yönelik gerilimsel atlama sağlayan aygıtlar ateşleyici olarak tanımlanır. Metalik halojenürlü lambalar ve sodyum buharlı lambalarda deşarjın başlaması için gerekli olan gerilim değeri şebeke geriliminden daha yüksek olduğu için ( V) bu lambalar ateşleyicilerle birlikte kullanılır. Ateşleyicinin görevi, lambanın ateşlenmesi için gerekli olan yüksek gerilim değerini sağlamaktır. Ateşleyici, lambanın ateşlenmesinin sağlanmasından hemen sonra devre dışı kalmalıdır. Bunun sağlanması için lamba uçlarındaki gerilim kontrolü, lamba akımı veya zaman fonksiyonu gibi özelliklerden faydalanılır. Ateşleme ardından devre dışında kalmayan ateşleyici lamba ömrünün kısalmasında neden olur. 5.2 Çalışma Prensibi Deşarj başlama gazı ile tetiklendiğinde lamba halen düzenli olarak çalışmaya geçmemiş durumdadır ve kararlı çalışmaya geçebilmesi için; Deşarj tüpünün sıcaklığı yükselir ve metal atomları buharlaşır. Başlatma gazlarının ana amacı iyonizasyon olduğundan, serbest elektronlar oluşmaya başlar. Bu serbest elektronlar daha sonra metal buharındaki atomlarla çarpışır. Bu çarpışmalar tüp içindeki sıcaklığı hızlı bir biçimde yükselterek daha çok metal buharının oluşumunu ve basıncın artmasını sağlar. Buhar basıncı arttıkça elektromanyetik ışıma artar ve başlatma zamanı sonunda dengeye ulaşır ve bu da lambanın kararlı çalışma noktasıdır. Eğer deşarj sönerse, buhar basıncı lamba soğuyana kadar yüksek kalacaktır. Bu zaman boyunca tekrar ateşleme için mevcut gerilim lambanın tekrar ateşlenmesine yetmez. Lambanın sönme zamanı ile buhar basıncının tekrar ateşlemeyi sağlayacak kadar düştüğü zaman aralığına tekrar ateşleme zamanı adı verilir. Bu zaman deşarj tüpünün sıcaklığına, deşarj tüpündeki basınca ve tekrar ateşleme darbesinin büyüklüğü ve enerji seviyesine bağlıdır. 21

24 Metal Halojen Lambalar Deney 5 Şekil 2: Metal Halojen Lamba Metal Halojon Lambaların Kullanım Alanları: * Mağaza, vitrin ve müze aydınlatmaları * Dekoratif maksatlı iç mekân aydınlatması * Tarihi eserlerin ve bina yüzeylerinin projektör uygulamaları * Spor aktivitesi alanlarının aydınlatılması * Liman ve inşaat alanlarının aydınlatılması * Endüstriyel sergi alanlarının ve hipermarketlerin aydınlatılması * Yüksekliği fazla olan ve üstü kısmen kapalı alanların aydınlatılması 5.3 Deney Aşağıdaki şekilde görülen devreyi kurunuz. P 1 P 2 22

25 Metal Halojen Lambalar Deney 5 220V AC / 50 Hz şebeke gerilimi uygulanması durumunda, tabloda istenen değerleri t(sn) zamanı için alınız. Tablo 1 Zaman (s) V 2 (V) I 1 (A) I 2 (A) Lamba normal işletme koşullarında çalışırken aşağıda istenilen değerleri alınız. Tablo 2 P 1 (W) P 2 (W) P 1 - P 2 = P ignitor +P balast Lamba normal işletme koşullarında çalışırken güç faktörünü hesaplayınız. Tablo 3 I 1 (A) P 1 (W) cosφ 23

26 Metal Halojen Lambalar Deney 5 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1. Tablo 1 de aldığınız sonuçları yorumlayınız. 2. Metal halojen lambaların deneyde kullandığınız lamba dışında güç değerlerini, gerilim seviyelerini ve kullanım yerlerini araştırınız. 3. Deneyin yapılışını ve deney sonucunda edindiğiniz bilgileri kısaca özetleyiniz. 24

27 6 Tungsten Halojen Lambalar Tungsten Halojen Lambalar Deney 6 Deneyin Amacı: Tungsten halojen lambaların bağlantı şemalarını inceleyerek, çalışma prensiplerini ve kullanım yerlerini öğrenmek 6.1 Teorik Bilgi Çalışma Prensibi 1.Adım Tungsten atomları sıcak flamandan ampulün soğutma duvarına doğru hareket ederler. Flaman sıcaklığı 3030 C ya da 5040 F tır. Ampul duvarında ise sıcaklık yaklaşık olarak 730 C dir. 2.Adım Tungsten, oksijen ve halojen atomları ampul duvarında birleşerek tungsten oksihalojen tuzu moleküllerini oluşturur. Esasında kullanılan halojen iyottur ancak günümüzde brom daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Klorin bazı özel fotokopi lambalarında kullanılır. Fluorin ticari lambalarda kullanılmaz. Şekil 1: Tungsten Halojen Lamba Çalışma İlkesi 3.Adım Ampul duvar sıcaklığı tungsten oksihalojen tuzu moleküllerini gaz halinde korur. Moleküller yüksek sıcaklıkta ayrışacakları sıcak flamana doğru hareket ederler. 4.Adım Tungsten atomları flamandan buharlaştıkları yerden farklı olmak koşuluyla flamanın soğutma bölgesine tekrar yerleşirler. Ayrışma tungsten flaman arasındaki bağlantılara yakın oluşur. 25

28 Tungsten Halojen Lambalar Deney 6 Halojen çevrim tungsten, oksijen ve halojen tuzu arasındaki kimyasal bir etkileşimi tanımlar. Akkor lambalar flamanı ısıtarak akkor haline getirmek için elektrik akımını kullanırlar. Sıcak flamandan buharlaşan ve iç ampul duvarına yerleşerek lambayı siyahlatan elementi önlemenin yolu halojen çevrimdir. Bu siyahlatma, flaman ince silindirik lambalardaki gibi ampul duvarına yakın yerleştirildiğinde daha şiddetlidir. Halojen çevrimi tek başına lamba verimini arttırmaz. Tungsten tam olarak buharlaştığı noktaya geri dönmez, fakat flamanın soğutucu bölgesinde tekrar yerleşir. Kırılma flamanın molibdene bağlandığı noktada oluşur, burada sıcaklık düşer. Halojen lambalar normal akkor lambalardan daha yüksek sıcaklıklarda çalışırlar. Enerji verimi yüksek sıcaklık yüzündendir. Tungsten halojen lamba kendisinin yüksek verimi (normal akkor lambalarla karşılaştırıldığında %10 daha yüksek) ve parlaklığıyla karakterize edilir. Yüksek tungsten sıcaklığıyla verim artar. Normal aydınlatmada tungsten halojen lambalar 2800 K ve 3200 K arasında bir renk sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle kaynak normal akkorlardan daha beyaz ışık sağlayacak şekilde tanımlanabilir. Halojen akkor lambalarda belirli bir noktaya kadar parlaklık ayarı yapılabilir. Bu ayarda son kademeye gelebilmek için halojen çevrimini durduran soğutma işlemi yapılmalıdır. Çalışma direnci başlangıç direncinin 20 katıdır. Pratikte başlama akımı kararlı hal akımının 14 katı olabilir. Tepe akımına birkaç milisaniyede ulaşılır ve 0,2-0,5 saniye de bu değer sönümlenir. Çalışma sıcaklığına ulaşılana kadar akım dengesizliği devam eder. Çalışma sıcaklığına yaklaşık bir dakikada ulaşılır. Yüksek başlangıç akımının iki etkisi vardır. Başlangıçlar lamba ömrünü azaltır çünkü yüksek sıcaklıklarda armatür daha uzun çalışmaktadır. Yüksek başlangıç akımının diğer etkisi akım sınırlayıcılarına gereksinim olmasıdır Lamba Çeşitleri Şebeke gerilimine göre olanlar; Çift sonlu: 60W ve üzeri güç oranıyla, şebeke bağlantı için halojen akkor lambalar silindirik, çift sonlu tiplerdir. Uygulamalar profesyonel ve evsel projektörle aydınlatmayı ve genel aydınlatmayı içerir. Tek Sonlu: Hafif, küçük, parlak camlı olanları kullanım için uygundur ve gösteri, dükkân aydınlatmasında yüksek verim sağlar. Buzlu versiyonları daha yumuşak aydınlatma etkisi sağlar. Güç seviyesi; 75W, 100W, 150W ve 250W civarındadır. Düşük gerilime göre olanlar; Reflektör lambaları: Düşük gerilimli reflektör halojen lambalar parabolik reflektör denilen bir dış yüzeyle kaplanmıştır. Bu parabolik reflektör lamba ve reflektörün birleştirilmiş halidir. Ayna serin ışıklı bir lamba sağlamak için alüminyum tip olabilir. 26

29 Tungsten Halojen Lambalar Deney 6 (a) (b) Şekil 2: Tungsten Halojen Lamba a) Düşük Gerilimli(Spot) b) Şebeke Gerilimli Tungsten halojen lambaların avantajları; * Uzun yaşam ömrü, * Yüksek parlaklık verimi, * Yoğunluk, * Daha yüksek renk sıcaklığı * Düşük ışık aşınma payı 27

30 Tungsten Halojen Lambalar Deney Deney Alçak gerilimli halojen lambalar 12V civarında bir gerilimle çalışırlar. Şekilde şebeke gerilimine n=220/120 çevrim oranlı transformatör ile bağlanmış 12V geriliminde işletilen reflektör ile kombine tungsten halojen lambanın bağlantı şeması verilmiştir. Devreyi kurunuz. Lambanın uçlarındaki gerilimi Tablo 1 deki değerlere dimmer yardımıyla ayarlayarak istenilen ölçümleri alınız. Tablo 1 V lamba (V) V(A) P(W) Lamba normal işletme koşullarında çalışırken güç faktörünü hesaplayınız. Tablo 2 V 1 (V) I(A) P(W) cosφ 28

31 Tungsten Halojen Lambalar Deney 6 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1. Tablo 1 için aldığınız ölçüm sonuçlarını karşılaştırarak, aldığınız güç değerlerinde farklılık varsa nedenini yorumlayınız. 2. Tungsten halojen lamba tiplerine göre karşılaştırılarak avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz. 3. Dimmer devresinin kullanım amacını açıklayınız ve herhangi bir dimmer devresi örneği bulup devre şemasını çiziniz ve çalışma prensibini açıklayınız. 29

32 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deney 7 7 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deneyin Amacı: Yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar hakkında genel bilgi edinmek, iç yapısını ve çalışma prensibini öğrenmek. 7.1 Teorik Bilgi Yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar, ışığı, dolaylı veya dolaysız olarak en çok cıva buharının ışınımı ile oluşmuş lambalardır. Lamba içerisindeki kısmi basıncın Paskal değerinde olmasından dolayı bu lambalara yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar denmektedir. Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın dış görünüşü ve içyapısı aşağıda görülmektedir. Şekil 1: Yüksek basınçlı cıva buharlı lambaların iç yapısı Deşarj Tüpü ve Taşıyıcı: Deşarj tüpü ultraviyole (mor ötesi) ve görünür ışığa düşük emilim gösteren ve yüksek işletme sıcaklıklarına ulaşabilen kuvars camdan imal edilmiştir. Bu tüpte ana ve yardımcı elektronların birleştiği yerde birbirinden yalıtılmış Molybdenum dan yapılmış ince levhalar vardır. Molybdenum un seçilme nedeni quartzla yüksek işletim sıcaklığında yeterli gaz sızdırmazlık yalıtımı sağlar. Deşarj tüpünün içinde cıva ve argon gazı bulunur. Deşarj tüpü bir tel destekle sabitlenmiştir. Bu destek ayrıca ana elektronlarla yardımcı elektrotlar arasında endüksiyon bobini yolu ile elektriksel bağlantı sağlar. Elektrotlar: Ana ve yardımcı olmak üzere iki elektrot yapısı vardır. Yardımcı elektrot ateşlemeyi sağlarken ana elektrot da deşarjın devamlılığını sağlar. Ana ve yardımcı elektrotlar birbirine 25kΩ luk dirençle bağlanmışlardır. 30

33 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deney 7 Dış cam muhafaza (Dış balon): dış muhafaza yüksek işletim sıcaklıklarına ve termal şoklara dayanabilecek sert camdan; silindir, küre veya armut biçiminde imal edilir. Deşarj tüpünü çevre sıcaklığındaki değişimlerden korur ve yüksek işletim sıcaklığında lamba elemanlarını korozyona karşı korur. Şekil 2: Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın dış görünüşü Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın ışık tayfı belli dalga boylarında yoğunlaşmış (sarı, yeşil, mavi, mor) ve kırmızı ışığın üretilmediği bir yapıdadır. Lambanın ışığı mavimsi beyazdır. Mor ötesi ışınların büyük kısmı lambanın dış camında yutulur. Yüksek basınçlı cıva buharlı lambaların dış çeperinin iç kısmı renk seçiliğini ve ışık çıkışını arttırmak için beyaz fosforla kaplanır. Şekil 3: Cıva buharlı lamba temel bağlantı şeması Ateşleme ana elektroda çok yakın yerleştirilmiş yardımcı elektrot ve birbirlerine bağlanmış yüksek değerli dirençle gerçekleştirilir. Lamba ilk enerjilendirildiğinde bu elektrotlar arasında 31

34 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deney 7 yüksek gerilim oluşur. Ana ve yardımcı elektrotlar arasındaki boşluk iyonizasyonu oluşturabilecek kadar kısadır. Bu gerilim bu bölgedeki gazı ön deşarj şeklinde iyonize ederken akım direnç tarafından sınırlandırılır. Daha sonra iki ana elektrot arasındaki manyetik alan etkisiyle ön deşarj, deşarj tüpüne yayılır. Ön deşarj en uzak elektroda ulaştığında akım yeteri kadar artar. Sonuç olarak, ana elektrotlar, ön deşarjı ark deşarjına çevirene kadar ana elektrotlar ısıtılır. Ark deşarjı oluştuğu anda yüksek direnç nedeniyle yardımcı elektrot devre dışı kalır. Deşarj tüpü içindeki asal gazdaki (argon) ark deşarjı sonucu deşarj tüpünün sıcaklığı hızlı bir şekilde artar. Böylece cıva yavaşça buharlaşarak basıncı artar ve deşarj, tüp ekseninde dar bir şerit haline gelir. Deşarj sırasında elektronlar cıva moleküllerine çarparak cıvanın son yörüngesindeki elektronları bir üst enerji seviyesine çıkarır. Bir üst enerji seviyesine çıkan elektronlar tekrar eski yörüngesine döndüğünde ışık olur. Lamba 2-15 atmosfer basıncına ulaştığında kararlı olarak çalışmaya başlar. Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın kararlı hale gelinceye kadar geçen süre; lambanın normalde ürettiği ışık akısının %80 ine ulaşmasına kadar geçen süredir. Cıvanın buharlaşma sıcaklığı düşük olduğundan diğer deşarj lambalarına göre daha çabuk kararlı duruma geçer. Şekil 4: Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın akım (I), güç (P), gerilim (V) ve ışık akısı (Φ) çalışma karakteristiği Yüksek basınçlı cıva buharlı lamba çalışırken enerjisi kesildiğinde şebeke gerilimi deşarjı tekrar başlatmaya yetmez. Bu yüzden tüpün soğumasını ve basıncın düşmesini beklemek gerekir. Yüksek basınçlı cıva buharlı lambaların ömrü yaklaşık 6000 ile 9000 saat arasındadır. Lambanın 10 saatten az kullanılması ömrünü kısaltır. Gerilim dalgalanmaları ömrünü fazla etkilemez. Lambanın ateşleme sistemine ihtiyaç duymaması maliyetini düşürürken güvenliği arttırır. Lamba ömrünün uzun olması ve ekonomik olması nedeniyle yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar yaygın şekilde kullanım alanı bulmaktadır. Ancak renksel geriverim ve ışıksal verimleri düşük olduğundan 2006 yılından itibaren ülkemiz yol aydınlatmalarında kullanılmaları yasaklanmıştır. 32

35 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deney Deney Aşağıdaki devreyi kurunuz. Devreye gerilim uygulandıktan sonra ölçü aletlerinin göstermiş olduğu değerleri 30 saniye aralıklarla aşağıdaki tabloya kaydediniz. Süre (sn) A (A) V 1 (V) V 2 (V) Cosϕ Güç (W)

36 Yüksek Basınçlı Cıva Buharlı Lambalar Deney 7 DENEY RAPORU Ad Soyad: Numara: 1.Yüksek basınçlı cıva buharlı lamba, ve olmak üzere üç ana bölümden oluşur. 2.Ana elektrotun görevi, yardımcı elektrotun görevi 3.Cıva, diğer deşarj lambalarına göre daha çabuk kararlı duruma geçer. Çünkü 4.Yüksek basınçlı cıva buharlı lambaların dış çeperinin iç kısmı fosforla kaplanır. Çünkü 5.Yüksek basınçlı cıva buharlı lambaların 2006 yılından itibaren ülkemiz yol aydınlatmalarında kullanılmaları yasaklanmıştır. Bunun yerine lambaların kullanılması zorunlu hale getirilmiştir. 6.Yüksek basınçlı cıva buharlı lambanın olumlu ve olumsuz yanlarını maddeler halinde yazınız Deneyde 30 saniye aralıklarla aldığınız ölçümlerin sonuçlarını yorumlayınız. 34

37 İç Tesisat Anahtarları ve Otomatik Sigortalar Deney 8 8 İç Tesisat Anahtarları ve Otomatik Sigortalar Deneyin Amacı: İç tesisat anahtarlarının; adi anahtar, komütatör anahtar, vaviyen anahtar v.b. ve otomatik sigortaların bağlantı şemalarının incelenmesi ve çalışma prensiplerinin öğrenilmesi. 8.1 Teorik Bilgi İç Tesisat Anahtarları: Adi (Normal) Anahtar: Bir lamba veya lamba grubunu bir yerden aynı anda yakıp söndürmeye yarayan anahtardır. Komütatör Anahtar: İki ayrı lambayı veya lamba grubunu bir yerden, tek tek veya aynı anda yakıp söndürmeye yarayan anahtardır. Örneğin bir sınıftaki lambaları iki ayrı grup hâlinde yakıp söndürmek için kullanılır. Vaviyen Anahtar: Bir lambayı veya lamba grubunu iki ayrı yerden yakıp söndürmeye yarayan anahtardır. Örneğin, iki kapılı salonların, mutfakların vb. yerlerin lambalarını iki ayrı yerden yakıp söndürmek için kullanılır. 35

38 İç Tesisat Anahtarları ve Otomatik Sigortalar Deney 8 Ara Vaviyen Anahtar: Bir lamba veya lamba grubunu ikiden fazla yerden yakıp söndürmeye yarayan anahtardır. Örneğin, koridorların, apartmanların merdiven boşluklarının lambalarını ikiden fazla yerden yakıp söndürmek için kullanılır. Dimmer Anahtar: İç aydınlatma tesislerinde bir ampulü, ışık şiddetini ayarlayarak yakıp söndüren anahtardır. Dimmer anahtar ampulün çalışma gücünü ayarlayarak ışık şiddetini değiştirir. Örneğin, abajur ampulü gibi akkor flamanlı ampullerin ışıklarını arttırıp azaltmak için kullanılır. Otomatik Sigortalar Otomatik sigortalar, bağlı bulunduğu elektrik devresini aşırı akım ve kısa devrelere karşı korur. Devrenin kolayca açılıp kapatılmasına imkân sağlar. Herhangi bir arıza durumunda devreyi açan cihaz, kol yukarı kaldırılarak devreye sokulur. Koldan bağımsız açtırma düzeni, arıza devam ettiği sürece devreyi yeniden açacaktır. Uygulamada kullanılan otomatik sigortalar B ve C tipi olmak üzere iki tipte üretilir. B tipi sigortalar, aydınlatma ve priz tesislerinde; C tipi sigortalar ise motor koruma devrelerinde kullanılır. Uygulamada kullanılan otomatik sigortalar 6, 10, 16, 20, 25, 35, 40, 45, 50 amperlik değerlerde üretilmektedir. Çeşitli Otomatik Sigortalar 36