Circuite de comutare pentru lămpi cu descărcare în gaz

Sursele de lumină artificială care utilizează o descărcare electrică a unui mediu gazos în vapori de mercur pentru a genera unde luminoase se numesc lămpi cu mercur cu descărcare în gaz.

Gazul pompat în butelie poate fi la presiune joasă, medie sau înaltă. Presiunea joasă este utilizată în proiectarea lămpilor:

• fluorescent liniar;

• Economie de energie compactă:

• bactericid;

• cuarţ.

Înaltă presiune este utilizată în lămpi:

• mercur arc fosfor (DRL);

• mercur metalic cu aditivi radioactivi (DRI) ai halogenurilor metalice;

• arc de sodiu tubular (DNaT);

• oglindă cu arc de sodiu (DNaZ).

Sunt instalate în acele locuri în care este necesară iluminarea unor suprafețe mari cu consum redus de energie.

Lampa DRL

Caracteristici de design

Dispozitivul unei lămpi care utilizează patru electrozi este prezentat schematic în fotografie.

Baza sa, ca și modelele convenționale, este folosită pentru a se conecta la contacte atunci când este înșurubat în mandrina. Becul de sticla protejeaza ermetic toate elementele interne de influentele externe. Este umplut cu azot și conține:

• arzător cu cuarț;

• fire electrice de la contactele de bază;

• două rezistențe limitatoare de curent încorporate în circuitul electrozilor suplimentari

• stratul de fosfor.

Arzătorul este realizat sub forma unui tub de sticlă de cuarț etanș cu argon injectat, în care sunt plasate:

• două perechi de electrozi - principal și suplimentar, amplasați la capetele opuse ale balonului;

• o picătură mică de mercur.

Argon - un element chimic care aparține gazelor inerte. Se obtine in procesul de separare a aerului cu racire profunda urmata de rectificare. Argonul este un gaz monoatomic incolor, inodor, cu densitate 1,78 kg/m3, fierbere = –186 ° C. Argonul este utilizat ca mediu inert în procesele metalurgice și chimice, în tehnologia sudării (vezi sudare cu arc electric), precum și la semnalizare, reclamă și alte lămpi care dau o lumină albăstruie.
Principiul de funcționare a lămpilor DRL

Sursa de lumină DRL este o descărcare de arc electric într-o atmosferă de argon care curge între electrozi într-un tub de cuarț. Acest lucru se întâmplă sub acțiunea unei tensiuni aplicate lămpii în două etape:

1. Inițial, o descărcare strălucitoare începe între electrozii principali și de aprindere situati în apropiere, datorită mișcării electronilor liberi și ionilor încărcați pozitiv;

2. Formarea unui număr mare de purtători de sarcină în cavitatea pistolului duce la descompunerea rapidă a mediului de azot și formarea unui arc prin electrozii principali.

Stabilizarea modului de pornire (curent electric al arcului și al luminii) durează aproximativ 10-15 minute. În această perioadă, DRL-ul creează sarcini care depășesc semnificativ curenții de mod nominal. Pentru a le limita, aplicați balast — sufocare. 

Radiația curcubeu în vapori de mercur are o nuanță albastră și violetă și este însoțită de radiații ultraviolete puternice. Trece prin fosfor, se amestecă cu spectrul pe care îl formează și creează o lumină strălucitoare care este aproape de alb.

DRL-ul este sensibil la calitatea tensiunii de alimentare și când scade la 180 de volți, se stinge și nu se aprinde.

Pe parcursul descărcare cu arc se creează o temperatură ridicată, care este transferată în întreaga structură. Acest lucru afectează calitatea contactelor din priză și provoacă încălzirea firelor conectate, care sunt, prin urmare, utilizate numai cu izolație rezistentă la căldură.

În timpul funcționării lămpii, presiunea gazului din arzător crește semnificativ și complică condițiile de distrugere a mediului, ceea ce necesită o creștere a tensiunii aplicate. Dacă alimentarea este oprită și aplicată, lampa nu va porni imediat: trebuie să se răcească.

Schema de conectare a lămpii DRL

Lampa cu mercur cu patru electrozi este aprinsă cu ajutorul unui şoc şi siguranța.

O legătură fuzibilă protejează circuitul de posibile scurtcircuite, iar șocul limitează curentul care trece prin mijlocul tubului de cuarț. Rezistența inductivă a șocului este selectată în funcție de puterea corpului de iluminat. Pornirea lămpii sub tensiune fără sufocare face ca aceasta să se ardă rapid.

Un condensator inclus în circuit compensează componenta reactivă introdusă de inductanță.

Lampa DRI

Caracteristici de design

Structura internă a lămpii DRI este foarte asemănătoare cu cea folosită de DRL.

Dar arzătorul său conține o anumită cantitate de aditivi din hapogenurile metalelor indiu, sodiu, taliu sau altele. Acestea vă permit să creșteți emisia de lumină la 70-95 lm/W și mai mult cu o culoare bună.

Balonul este realizat sub forma unui cilindru sau elipsă prezentată în figura de mai jos.

Materialul arzătorului poate fi sticlă de cuarț sau ceramică, care are proprietăți de funcționare mai bune: întunecare mai mică și durată de viață mai lungă.

Arzătorul în formă de bilă utilizat în designul modern mărește puterea de lumină și luminozitatea sursei.

Principiul de funcționare

Procesele de bază care au loc în timpul producerii luminii din lămpile DRI și DRL sunt aceleași. Diferența constă în schema de aprindere. DRI nu poate fi pornit de la tensiunea de rețea aplicată. Această valoare nu este suficientă pentru ea.

Pentru a crea un arc în interiorul lanternei, trebuie aplicat un impuls de înaltă tensiune spațiului interelectrod. Educația sa a fost încredințată IZU - un dispozitiv de aprindere cu puls.

Cum funcționează IZU

Principiul de funcționare al dispozitivului pentru crearea unui impuls de înaltă tensiune poate fi reprezentat condiționat printr-o diagramă schematică simplificată.

Tensiunea de alimentare de funcționare este aplicată la intrarea circuitului. Dioda D, rezistența R și condensatorul C creează un curent de încărcare a condensatorului. La sfârșitul încărcării, un impuls de curent este furnizat prin condensator prin comutatorul tiristor deschis din înfășurarea transformatorului conectat T.

Un impuls de înaltă tensiune de până la 2-5 kV este generat în înfășurarea de ieșire a transformatorului de creștere. Intră în contactele lămpii și creează o descărcare de arc a mediului gazos, care oferă o strălucire.

Scheme de conectare a lămpii de tip DRI

Dispozitivele IZU sunt produse pentru lămpi cu descărcare în gaz cu două modificări: cu două sau trei fire. Pentru fiecare dintre ele este creată propria sa diagramă de conectare.Este furnizat direct pe carcasa blocului.

Atunci când utilizați un dispozitiv cu doi pini, faza de putere este conectată prin șoc la contactul central al bazei lămpii și simultan la ieșirea corespunzătoare a IZU.

Firul neutru este conectat la contactul lateral al bazei și la terminalul său IZU.

Pentru un dispozitiv cu trei pini, schema de conectare a neutrului rămâne aceeași, iar alimentarea de fază după șoc se schimbă. Este conectat prin cele două ieșiri rămase la IZU, așa cum se arată în fotografia de mai jos: intrarea în dispozitiv este prin terminalul «B», iar ieșirea la contactul central al bazei prin — «Lp».

Astfel, compoziția dispozitivului de control (balast) pentru lămpile cu mercur cu emițători de aditivi este obligatorie:

• regulator;

• încărcător cu impulsuri.

Condensatorul care compensează valoarea puterii reactive poate fi inclus în dispozitivul de control. Includerea sa determină reducerea generală a consumului de energie de către dispozitivul de iluminat și prelungirea duratei de viață a lămpii cu o valoare de capacitate corect selectată.

Aproximativ valoarea sa de 35 μF corespunde lămpilor cu puterea de 250 W și 45 - 400 W. Când capacitatea este prea mare, în circuit apare rezonanță, care se manifestă prin „clipirea” luminii lămpii.

Prezența impulsurilor de înaltă tensiune într-o lampă de lucru determină utilizarea firelor de tensiune extrem de înaltă în circuitul de conectare cu o lungime minimă între balast și lampă, nu mai mult de 1-1,5 m.

Lampa DRIZ

Aceasta este o versiune a lămpii DRI descrisă mai sus, care are o acoperire parțial oglindă în interiorul becului pentru a reflecta lumina, care formează un fascicul direcțional de raze.Vă permite să focalizați radiația asupra obiectului iluminat și să reduceți pierderile de lumină rezultate din reflexiile multiple.

Lampa HPS

Caracteristici de design

În interiorul becului acestei lămpi cu descărcare în gaz se folosesc, în loc de mercur, vapori de sodiu, amplasați într-un mediu de gaze inerte: neon, xenon sau altele, sau amestecurile acestora. Din acest motiv sunt numite „sodiu”.

Datorită acestei modificări a dispozitivului, proiectanții au putut să le ofere cea mai mare eficiență de funcționare, care ajunge la 150 lm/W.

Principiul de acțiune al DNaT și DRI este același. Prin urmare, schemele lor de conectare sunt aceleași, iar dacă caracteristicile balastului se potrivesc cu parametrii lămpilor, acestea pot fi folosite pentru a aprinde arcul în ambele modele.

Producătorii de lămpi cu halogenuri metalice și sodiu produc balasturi pentru anumite tipuri de produse și le expediază într-o singură carcasă. Aceste balasturi sunt complet funcționale și gata de funcționare.

Scheme de cablare pentru lămpi de tip DNaT

În unele cazuri, proiectarea balastului HPS poate diferi de schemele de pornire DRI de mai sus și poate fi realizată conform uneia dintre cele trei scheme de mai jos.

În primul caz, IZU este conectat în paralel cu contactele lămpii. După aprinderea arcului din interiorul arzătorului, curentul de funcționare nu trece prin lampă (vezi schema circuitului IZU), ceea ce economisește consumul de energie electrică. În acest caz, șocul este afectat de impulsuri de înaltă tensiune. Prin urmare, este construit cu izolație ranforsată pentru a proteja împotriva impulsurilor de aprindere.

Prin urmare, schema de conectare în paralel este utilizată cu lămpi de putere redusă și un impuls de aprindere de până la doi kilovolți.

În cea de-a doua schemă, se utilizează IZU, care funcționează fără un transformator de impulsuri, iar impulsurile de înaltă tensiune sunt generate de un șoc cu un design special, care are un robinet pentru conectarea la soclul lămpii. Izolarea înfășurării acestui inductor crește și ea: este expus la tensiune înaltă.

În al treilea caz, se folosește metoda de conectare a șocului, IZU și contactul lămpii în serie. Aici, impulsul de înaltă tensiune de la IZU nu merge la șoc, iar izolarea înfășurărilor sale nu necesită amplificare.

Dezavantajul acestui circuit este că IZU consumă un curent crescut, datorită căruia are loc încălzirea suplimentară a acestuia. Acest lucru necesită o creștere a dimensiunilor structurii, care depășesc dimensiunile schemelor anterioare.

Această a treia opțiune de design este folosită cel mai adesea pentru funcționarea lămpilor HPS.

Toate schemele pot fi folosite compensarea puterii reactive conexiunea condensatorului așa cum se arată în diagramele de conectare a lămpii DRI.

Circuitele enumerate pentru aprinderea lămpilor de înaltă presiune folosind o descărcare de gaz pentru iluminat au o serie de dezavantaje:

• resursă de strălucire subestimată;

• in functie de calitatea tensiunii de alimentare;

• efect stroboscopic;

• zgomot de accelerație și balast;

• consum crescut de energie electrică.

Cele mai multe dintre aceste dezavantaje sunt depășite prin utilizarea dispozitivelor electronice de declanșare (ECG).

Acestea permit nu numai să economisească până la 30% din energie electrică, dar au și capacitatea de a controla fără probleme iluminarea. Cu toate acestea, prețul unor astfel de dispozitive este încă destul de ridicat.