Circuits de commutació per a làmpades de descàrrega de gas

Les fonts de llum artificial que utilitzen una descàrrega elèctrica d'un medi gasós en vapor de mercuri per generar ones de llum s'anomenen làmpades de mercuri de descàrrega de gas.

El gas bombat al cilindre pot ser a baixa, mitjana o alta pressió. La baixa pressió s'utilitza en dissenys de làmpades:

• fluorescent lineal;

• estalvi d'energia compacte:

• bactericida;

• quars.

L'alta pressió s'utilitza a les làmpades:

• fòsfor d'arc de mercuri (DRL);

• mercuri metàl·lic amb additius radioactius (DRI) d'halogenurs metàl·lics;

• arc de sodi tubular (DNaT);

• mirall d'arc de sodi (DNaZ).

S'instal·len en aquells llocs on cal il·luminar grans zones amb baix consum energètic.

Làmpada DRL

Característiques de disseny

El dispositiu d'una làmpada que utilitza quatre elèctrodes es mostra esquemàticament a la foto.

La seva base, com els models convencionals, s'utilitza per connectar-se als contactes quan es cargola al mandril. La bombeta de vidre protegeix hermèticament tots els elements interns de les influències externes. Està ple de nitrogen i conté:

• cremador de quars;

• cables elèctrics dels contactes de la base;

• dues resistències limitadores de corrent incorporades al circuit d'elèctrodes addicionals

• la capa de fòsfor.

El cremador es fa en forma de tub de vidre de quars segellat amb argó injectat, en el qual es col·loquen:

• dos parells d'elèctrodes, principal i addicional, situats als extrems oposats del matràs;

• una petita gota de mercuri.

Argó: un element químic que pertany als gasos inerts. S'obté en el procés de separació de l'aire amb un refredament profund seguit de rectificació. L'argó és un gas monoatòmic incolor i inodor, de densitat 1,78 kg/m3, t ebullició = –186 ° C. L'argó s'utilitza com a mitjà inert en processos metal·lúrgics i químics, en tecnologia de soldadura (vegeu soldadura per arc elèctric), així com en llums de senyalització, publicitat i altres que donen una llum blavosa.
El principi de funcionament de les làmpades DRL

La font de llum DRL és una descàrrega d'arc elèctric en una atmosfera d'argó que flueix entre els elèctrodes d'un tub de quars. Això passa sota l'acció d'una tensió aplicada a la làmpada en dues etapes:

1. Inicialment, s'inicia una descàrrega brillant entre els elèctrodes principal i d'encesa propers a causa del moviment d'electrons lliures i ions carregats positivament;

2. La formació d'un gran nombre de portadors de càrrega a la cavitat de la torxa condueix a la ràpida ruptura del medi nitrogenat i la formació d'un arc a través dels elèctrodes principals.

L'estabilització del mode d'arrencada (corrent elèctric de l'arc i la llum) triga uns 10-15 minuts. Durant aquest període, el DRL crea càrregues que superen significativament els corrents de mode nominal. Per limitar-los, aplica llast — asfixia. 

La radiació de l'arc de Sant Martí en vapor de mercuri té una tonalitat blava i violeta i s'acompanya d'una potent radiació ultraviolada. Travessa el fòsfor, es barreja amb l'espectre que forma i crea una llum brillant propera al blanc.

El DRL és sensible a la qualitat de la tensió d'alimentació i quan baixa a 180 volts, s'apaga i no s'encén.

Durant descàrrega d'arc es crea una temperatura elevada, que es transfereix a tota l'estructura. Això afecta la qualitat dels contactes de l'endoll i provoca l'escalfament dels cables connectats, que per tant només s'utilitzen amb un aïllament resistent a la calor.

Durant el funcionament de la làmpada, la pressió del gas al cremador augmenta significativament i complica les condicions per a la destrucció del medi, la qual cosa requereix un augment de la tensió aplicada. Si s'apaga i s'aplica, el llum no s'engegarà immediatament: s'ha de refredar.

Diagrama de connexió del llum DRL

La làmpada de mercuri de quatre elèctrodes s'encén mitjançant un estrany i fusible.

Un enllaç fusible protegeix el circuit de possibles curtcircuits i l'asfixia limita el corrent que flueix pel mig del tub de quars. La resistència inductiva de l'asfixia es selecciona segons la potència de l'il·luminació. Si s'encén la làmpada sota tensió sense que s'obtingui, fa que es cremi ràpidament.

Un condensador inclòs al circuit compensa el component reactiu introduït per la inductància.

Làmpada DRI

Característiques de disseny

L'estructura interna de la làmpada DRI és molt semblant a la que utilitza el DRL.

Però el seu cremador conté una certa quantitat d'additius dels hapogenurs dels metalls indi, sodi, talli o alguns altres. Permeten augmentar l'emissió de llum a 70-95 lm/W i més amb bon color.

El matràs es fa en forma de cilindre o el·lipse que es mostra a la figura següent.

El material del cremador pot ser vidre de quars o ceràmica, que té millors propietats operatives: menys enfosquiment i vida útil més llarga.

El cremador en forma de bola utilitzat en el disseny modern augmenta la sortida de llum i la brillantor de la font.

Principi de funcionament

Els processos bàsics que tenen lloc durant la producció de llum a partir de làmpades DRI i DRL són els mateixos. La diferència rau en l'esquema d'encesa. DRI no es pot iniciar des de la tensió de xarxa aplicada. Aquest valor no és suficient per a ella.

Per crear un arc dins de la torxa, s'ha d'aplicar un pols d'alta tensió a l'espai interelèctrode. La seva educació va ser confiada a l'IZU, un dispositiu d'encesa per pols.

Com funciona IZU

El principi de funcionament del dispositiu per crear un pols d'alta tensió es pot representar condicionalment mitjançant un diagrama esquemàtic simplificat.

La tensió d'alimentació de funcionament s'aplica a l'entrada del circuit. El díode D, la resistència R i el condensador C creen un corrent de càrrega del condensador. Al final de la càrrega, es subministra un pols de corrent a través del condensador a través de l'interruptor del tiristor obert al bobinatge del transformador connectat T.

Es genera un pols d'alta tensió de fins a 2-5 kV al bobinat de sortida del transformador augmentador. Entra als contactes de la làmpada i crea una descàrrega d'arc del medi gasós, que proporciona una brillantor.

Esquemes de connexió de llum tipus DRI

Els dispositius IZU es produeixen per a làmpades de descàrrega de gas de dues modificacions: amb dos o tres cables. Per a cadascun d'ells es crea el seu propi diagrama de connexió.Es proporciona directament a la carcassa del bloc.

Quan s'utilitza un dispositiu de dos pins, la fase d'alimentació es connecta a través de l'obturador al contacte central de la base del llum i simultàniament a la sortida corresponent de l'IZU.

El cable neutre està connectat al contacte lateral de la base i al seu terminal IZU.

Per a un dispositiu de tres pins, l'esquema de connexió neutre segueix sent el mateix i el subministrament de fase després de canviar l'obturador. Es connecta a través de les dues sortides restants a l'IZU, tal com es mostra a la foto següent: l'entrada del dispositiu és a través del terminal «B», i la sortida al contacte central de la base a través de — «Lp».

Així, la composició del dispositiu de control (llast) per a làmpades de mercuri amb additius emissors és obligatòria:

• accelerador;

• carregador de pols.

El condensador que compensa el valor de la potència reactiva es pot incloure al dispositiu de control. La seva inclusió determina la reducció general del consum d'energia per part del dispositiu d'il·luminació i l'allargament de la vida útil del llum amb un valor de capacitat correctament seleccionat.

Aproximadament el seu valor de 35 μF correspon a làmpades amb una potència de 250 W i 45 - 400 W. Quan la capacitat és massa alta, es produeix una ressonància al circuit, que es manifesta pel "parpelleig" de la llum del llum.

La presència de polsos d'alta tensió en una làmpada de treball determina l'ús de cables d'alta tensió al circuit de connexió amb una longitud mínima entre el llast i la làmpada, no superior a 1-1,5 m.

Làmpada DRIZ

Aquesta és una versió de la làmpada DRI descrita anteriorment que té un recobriment parcialment mirall dins de la bombeta per reflectir la llum, que forma un feix de raigs direccional.Permet enfocar la radiació a l'objecte il·luminat i reduir les pèrdues de llum derivades de múltiples reflexos.

Làmpada HPS

Característiques de disseny

A l'interior de la bombeta d'aquesta làmpada de descàrrega de gas s'utilitza, en comptes de mercuri, vapor de sodi, situat en un ambient de gasos inerts: neó, xenó o altres, o les seves mescles. Per aquest motiu s'anomenen "sodi".

A causa d'aquesta modificació del dispositiu, els dissenyadors van poder oferir-los la màxima eficiència de funcionament, que arriba als 150 lm / W.

El principi d'acció de DNaT i DRI és el mateix. Per tant, els seus esquemes de connexió són els mateixos, i si les característiques del balast coincideixen amb els paràmetres de les làmpades, es poden utilitzar per encendre l'arc en ambdós dissenys.

Els fabricants de làmpades d'halogenurs metàl·lics i de sodi produeixen balast per a tipus de producte específics i els envien en una sola carcassa. Aquests llasts són totalment funcionals i llestos per funcionar.

Esquemes de cablejat per a làmpades tipus DNaT

En alguns casos, el disseny de llast HPS pot diferir dels esquemes d'arrencada DRI anteriors i realitzar-se segons un dels tres esquemes següents.

En el primer cas, l'IZU es connecta en paral·lel als contactes de la làmpada. Després de l'encesa de l'arc dins del cremador, el corrent de funcionament no passa per la làmpada (vegeu el diagrama del circuit IZU), cosa que estalvia el consum d'electricitat. En aquest cas, l'asfixia es veu afectada per polsos d'alta tensió. Per tant, està construït amb un aïllament reforçat per protegir-se dels polsos d'encesa.

Per tant, l'esquema de connexió en paral·lel s'utilitza amb llums de baixa potència i un pols d'encesa de fins a dos quilovolts.

En el segon esquema, s'utilitza IZU, que funciona sense transformador d'impulsos, i els polsos d'alta tensió es generen mitjançant un estrany d'un disseny especial, que té una aixeta per connectar-se a la presa de llum. L'aïllament del bobinatge d'aquest inductor també augmenta: està exposat a alta tensió.

En el tercer cas, s'utilitza el mètode de connexió de l'estrangulador, IZU i el contacte de la làmpada en sèrie. Aquí, el pols d'alta tensió de l'IZU no va a l'asfixia i l'aïllament dels seus bobinatges no requereix amplificació.

L'inconvenient d'aquest circuit és que l'IZU consumeix un corrent augmentat, de manera que es produeix un escalfament addicional. Això requereix un augment de les dimensions de l'estructura, que superen les dimensions dels esquemes anteriors.

Aquesta tercera opció de disseny s'utilitza més sovint per al funcionament de làmpades HPS.

Es poden utilitzar tots els esquemes compensació de la potència reactiva connexió del condensador tal com es mostra als diagrames de connexió del llum DRI.

Els circuits enumerats per encendre llums d'alta pressió mitjançant una descàrrega de gas per a la il·luminació tenen una sèrie d'inconvenients:

• recurs de resplendor infravalorat;

• depenent de la qualitat de la tensió d'alimentació;

• efecte estroboscòpic;

• soroll de l'accelerador i del llast;

• augment del consum elèctric.

La majoria d'aquests inconvenients es superen mitjançant l'ús de dispositius de disparador electrònic (ECG).

Permeten no només estalviar fins a un 30% d'electricitat, sinó que també tenen la capacitat de controlar la il·luminació sense problemes. No obstant això, el preu d'aquests dispositius encara és bastant alt.