Circuiti di commutazione per lampade a scarica di gas

Le sorgenti luminose artificiali che utilizzano una scarica elettrica di un mezzo gassoso nel vapore di mercurio per generare onde luminose sono chiamate lampade al mercurio a scarica di gas.

Il gas pompato nella bombola può essere a bassa, media o alta pressione. La bassa pressione viene utilizzata nei progetti di lampade:

• fluorescente lineare;

• risparmio energetico compatto:

• battericida;

• quarzo.

L'alta pressione viene utilizzata nelle lampade:

• fosforo ad arco di mercurio (DRL);

• mercurio metallico con additivi radioattivi (DRI) di alogenuri metallici;

• arco tubolare di sodio (DNaT);

• specchio ad arco di sodio (DNaZ).

Vengono installati in quei luoghi dove è necessario illuminare grandi aree con un basso consumo energetico.

Lampada DRL

Caratteristiche del progetto

Il dispositivo di una lampada che utilizza quattro elettrodi è mostrato schematicamente nella foto.

La sua base, come i modelli convenzionali, viene utilizzata per connettersi ai contatti quando viene avvitata nel mandrino. Il bulbo di vetro protegge ermeticamente tutti gli elementi interni da influenze esterne. È pieno di azoto e contiene:

• bruciatore al quarzo;

• fili elettrici dai contatti di base;

• due resistori limitatori di corrente integrati nel circuito di elettrodi aggiuntivi

• lo strato di fosforo.

Il bruciatore è realizzato sotto forma di un tubo di vetro al quarzo sigillato con argon iniettato, nel quale sono posti:

• due coppie di elettrodi: principale e aggiuntivo, situati alle estremità opposte del pallone;

• una piccola goccia di mercurio.

Argon — un elemento chimico che appartiene ai gas inerti. Si ottiene nel processo di separazione dell'aria con raffreddamento profondo seguito da rettifica. L'argon è un gas monoatomico incolore e inodore, densità 1,78 kg / m3, tboil = –186 ° C. L'argon è utilizzato come mezzo inerte nei processi metallurgici e chimici, nella tecnologia di saldatura (vedi saldatura ad arco elettrico), così come nelle lampade di segnalazione, pubblicitarie e di altro tipo che emettono una luce bluastra.
Il principio di funzionamento delle lampade DRL

La sorgente luminosa DRL è una scarica ad arco elettrico in un'atmosfera di argon che scorre tra gli elettrodi in un tubo di quarzo. Ciò avviene sotto l'azione di una tensione applicata alla lampada in due fasi:

1. Inizialmente, inizia una scarica luminescente tra gli elettrodi principale e di accensione vicini, a causa del movimento di elettroni liberi e ioni caricati positivamente;

2. La formazione di un gran numero di portatori di carica nella cavità della torcia porta alla rapida rottura del mezzo di azoto e alla formazione di un arco attraverso gli elettrodi principali.

La stabilizzazione della modalità di avviamento (corrente elettrica dell'arco e della luce) richiede circa 10-15 minuti. Durante questo periodo, il DRL crea carichi che superano notevolmente le correnti di modalità nominali. Per limitarli, applicare zavorra — soffocamento. 

La radiazione arcobaleno nel vapore di mercurio ha una tonalità blu e viola ed è accompagnata da una potente radiazione ultravioletta. Passa attraverso il fosforo, si mescola con lo spettro che forma e crea una luce brillante che è vicina al bianco.

Il DRL è sensibile alla qualità della tensione di alimentazione e quando scende a 180 volt si spegne e non si accende.

Durante scarica ad arco si crea una temperatura elevata, che viene trasferita all'intera struttura. Ciò influisce sulla qualità dei contatti nella presa e provoca il riscaldamento dei fili collegati, che vengono quindi utilizzati solo con isolamento resistente al calore.

Durante il funzionamento della lampada, la pressione del gas nel bruciatore aumenta in modo significativo e complica le condizioni per la distruzione del mezzo, che richiede un aumento della tensione applicata. Se l'alimentazione è spenta e applicata, la lampada non si accenderà immediatamente: ha bisogno di raffreddarsi.

Schema di collegamento della lampada DRL

La lampada al mercurio a quattro elettrodi viene accesa per mezzo di uno starter e fusibile.

Un collegamento fusibile protegge il circuito da possibili cortocircuiti e l'induttanza limita la corrente che scorre attraverso il centro del tubo di quarzo. La resistenza induttiva dell'induttanza è selezionata in base alla potenza dell'apparecchio di illuminazione. L'accensione della lampada sotto tensione senza strozzatura la fa bruciare rapidamente.

Un condensatore incluso nel circuito compensa la componente reattiva introdotta dall'induttanza.

Lampada DRI

Caratteristiche del progetto

La struttura interna della lampada DRI è molto simile a quella utilizzata dal DRL.

Ma il suo bruciatore contiene una certa quantità di additivi dagli apogenidi dei metalli indio, sodio, tallio o altri. Consentono di aumentare l'emissione luminosa a 70-95 lm / W e oltre con un buon colore.

Il pallone è realizzato sotto forma di un cilindro o di un'ellisse mostrato nella figura sottostante.

Il materiale del bruciatore può essere vetro al quarzo o ceramica, che ha migliori proprietà operative: minore oscuramento e maggiore durata operativa.

Il bruciatore a forma di sfera utilizzato nel design moderno aumenta la resa luminosa e la luminosità della sorgente.

Principio operativo

I processi di base che avvengono durante la produzione di luce dalle lampade DRI e DRL sono gli stessi. La differenza sta nello schema di accensione. DRI non può essere avviato dalla tensione di rete applicata. Questo valore non le basta.

Per creare un arco all'interno della torcia, è necessario applicare un impulso ad alta tensione allo spazio interelettrodico. La sua educazione è stata affidata all'IZU, un dispositivo di accensione a impulsi.

Come funziona IZU

Il principio di funzionamento del dispositivo per la creazione di un impulso ad alta tensione può essere rappresentato condizionatamente da un diagramma schematico semplificato.

La tensione di alimentazione operativa viene applicata all'ingresso del circuito. Il diodo D, il resistore R e il condensatore C creano una corrente di carica del condensatore. Al termine della carica, un impulso di corrente viene fornito attraverso il condensatore attraverso l'interruttore a tiristore aperto nell'avvolgimento del trasformatore T collegato.

Un impulso ad alta tensione fino a 2-5 kV viene generato nell'avvolgimento di uscita del trasformatore elevatore. Entra nei contatti della lampada e crea una scarica ad arco del mezzo gassoso, che fornisce un bagliore.

Schemi di collegamento lampada tipo DRI

I dispositivi IZU sono prodotti per lampade a scarica di gas di due modifiche: con due o tre fili. Per ognuno di essi viene creato il proprio schema di connessione.Viene fornito direttamente sull'alloggiamento del blocco.

Quando si utilizza un dispositivo a due pin, la fase di alimentazione è collegata tramite l'induttanza al contatto centrale della base della lampada e contemporaneamente all'uscita corrispondente dell'IZU.

Il filo neutro è collegato al contatto laterale della base e al suo terminale IZU.

Per un dispositivo a tre pin, lo schema di connessione del neutro rimane lo stesso e cambia l'alimentazione di fase dopo l'induttanza. È collegato attraverso le due uscite rimanenti all'IZU, come mostrato nella foto sotto: l'ingresso al dispositivo è attraverso il terminale «B», e l'uscita al contatto centrale della base attraverso — «Lp».

Pertanto, la composizione del dispositivo di controllo (alimentatore) per lampade al mercurio con additivi emittenti è obbligatoria:

• acceleratore;

• caricatore di impulsi.

Il condensatore che compensa il valore della potenza reattiva può essere incluso nel dispositivo di controllo. La sua inclusione determina la riduzione generale del consumo energetico del dispositivo di illuminazione e l'estensione della vita della lampada con un valore di capacità correttamente selezionato.

Approssimativamente il suo valore di 35 μF corrisponde a lampade con una potenza di 250 W e 45 - 400 W. Quando la capacità è troppo elevata, si verifica una risonanza nel circuito, che si manifesta con il "lampeggio" della luce della lampada.

La presenza di impulsi ad alta tensione in una lampada funzionante determina l'utilizzo di cavi ad altissima tensione nel circuito di collegamento con una lunghezza minima tra il reattore e la lampada, non superiore a 1-1,5 m.

Lampada DRIZ

Questa è una versione della lampada DRI sopra descritta che ha un rivestimento parzialmente specchiato all'interno del bulbo per riflettere la luce, che forma un raggio di raggi direzionale.Consente di focalizzare la radiazione sull'oggetto illuminato e di ridurre le perdite di luce derivanti da riflessioni multiple.

Lampada HPS

Caratteristiche del progetto

All'interno del bulbo di questa lampada a scarica di gas, al posto del mercurio, viene utilizzato vapore di sodio, situato in un ambiente di gas inerti: neon, xeno o altri, o loro miscele. Per questo vengono chiamati "sodio".

Grazie a questa modifica del dispositivo, i progettisti sono stati in grado di fornire loro la massima efficienza operativa, che raggiunge i 150 lm / W.

Il principio di azione di DNaT e DRI è lo stesso. Pertanto, i loro schemi di collegamento sono gli stessi e, se le caratteristiche del reattore corrispondono ai parametri delle lampade, possono essere utilizzati per accendere l'arco in entrambi i modelli.

I produttori di lampade ad alogenuri metallici e al sodio producono reattori per specifici tipi di prodotto e li spediscono in un unico alloggiamento. Questi reattori sono perfettamente funzionanti e pronti all'uso.

Schemi elettrici per lampade tipo DNaT

In alcuni casi, la progettazione del reattore HPS può differire dagli schemi di avviamento DRI di cui sopra ed essere eseguita secondo uno dei tre schemi seguenti.

Nel primo caso, l'IZU è collegato in parallelo ai contatti della lampada. Dopo l'accensione dell'arco all'interno del bruciatore, la corrente di esercizio non passa attraverso la lampada (vedi schema elettrico IZU), il che consente di risparmiare energia elettrica. In questo caso, l'induttanza è influenzata da impulsi ad alta tensione. È quindi costruito con isolamento rinforzato per proteggere dagli impulsi di accensione.

Pertanto, lo schema di connessione parallela viene utilizzato con lampade a bassa potenza e un impulso di accensione fino a due kilovolt.

Nel secondo schema viene utilizzato IZU, che funziona senza trasformatore di impulsi, e gli impulsi ad alta tensione sono generati da un'induttanza di un design speciale, che ha un rubinetto per il collegamento al portalampada. Aumenta anche l'isolamento dell'avvolgimento di questo induttore: è esposto ad alta tensione.

Nel terzo caso, viene utilizzato il metodo per collegare l'induttanza, l'IZU e il contatto della lampada in serie. Qui, l'impulso ad alta tensione dell'IZU non va allo starter e l'isolamento dei suoi avvolgimenti non richiede amplificazione.

Lo svantaggio di questo circuito è che l'IZU consuma una corrente maggiore, a causa della quale si verifica il suo riscaldamento aggiuntivo. Ciò richiede un aumento delle dimensioni della struttura, che superano le dimensioni degli schemi precedenti.

Questa terza opzione di progettazione viene spesso utilizzata per il funzionamento delle lampade HPS.

Tutti gli schemi possono essere utilizzati compensazione della potenza reattiva collegamento del condensatore come mostrato negli schemi di collegamento della lampada DRI.

I circuiti elencati per l'accensione delle lampade ad alta pressione che utilizzano una scarica di gas per l'illuminazione presentano una serie di svantaggi:

• risorsa bagliore sottovalutata;

• a seconda della qualità della tensione di alimentazione;

• effetto stroboscopico;

• rumore dell'acceleratore e della zavorra;

• aumento del consumo di energia elettrica.

La maggior parte di questi inconvenienti viene superata utilizzando dispositivi di attivazione elettronica (ECG).

Consentono non solo di risparmiare fino al 30% di elettricità, ma hanno anche la possibilità di controllare agevolmente l'illuminazione. Tuttavia, il prezzo di tali dispositivi è ancora piuttosto elevato.