Obwody przełączające do lamp wyładowczych

Sztuczne źródła światła, które wykorzystują wyładowanie elektryczne ośrodka gazowego w parach rtęci do generowania fal świetlnych, nazywane są wyładowczymi lampami rtęciowymi.

Gaz pompowany do butli może być pod niskim, średnim lub wysokim ciśnieniem. Niskie ciśnienie jest stosowane w projektach lamp:

• liniowy fluorescencyjny;

• kompaktowa oszczędność energii:

• bakteriobójczy;

• kwarc.

Wysokie ciśnienie jest stosowane w lampach:

• fosfor rtęciowy (DRL);

• rtęć metaliczna z radioaktywnymi dodatkami (DRI) halogenków metali;

• rurowy łuk sodowy (DNaT);

• sodowe lustro łukowe (DNaZ).

Instaluje się je tam, gdzie konieczne jest oświetlenie dużych powierzchni przy niskim zużyciu energii.

Lampa DRL

Cechy konstrukcyjne

Urządzenie lampy wykorzystujące cztery elektrody pokazano schematycznie na zdjęciu.

Jego podstawa, podobnie jak konwencjonalne modele, służy do łączenia ze stykami, gdy jest wkręcana w uchwyt. Szklana bańka hermetycznie chroni wszystkie elementy wewnętrzne przed wpływami zewnętrznymi. Jest wypełniony azotem i zawiera:

• palnik kwarcowy;

• przewody elektryczne ze styków podstawy;

• dwa rezystory ograniczające prąd wbudowane w obwód dodatkowych elektrod

• warstwa luminoforu.

Palnik wykonany jest w postaci szczelnej rurki ze szkła kwarcowego z wtryskiwanym argonem, w której umieszczone są:

• dwie pary elektrod — główna i dodatkowa, umieszczone na przeciwległych końcach kolby;

• mała kropla rtęci.

Argon — pierwiastek chemiczny należący do gazów obojętnych. Otrzymywany jest w procesie separacji powietrza z głębokim schładzaniem, a następnie rektyfikacji. Argon to bezbarwny, bezwonny gaz jednoatomowy, gęstość 1,78 kg / m3, twrzenia = –186 ° C. Argon jest stosowany jako ośrodek obojętny w procesach metalurgicznych i chemicznych, w technologii spawania (patrz spawanie łukiem elektrycznym), a także w lampach sygnalizacyjnych, reklamowych i innych, które dają niebieskawe światło.
Zasada działania lamp DRL

Źródłem światła DRL jest wyładowanie łuku elektrycznego w atmosferze argonu przepływającego pomiędzy elektrodami w rurce kwarcowej. Dzieje się tak pod wpływem napięcia przyłożonego do lampy w dwóch etapach:

1. Początkowo wyładowanie jarzeniowe rozpoczyna się między blisko położonymi elektrodami główną i zapłonową w wyniku ruchu swobodnych elektronów i dodatnio naładowanych jonów;

2. Tworzenie się dużej liczby nośników ładunku we wnęce palnika prowadzi do szybkiego rozpadu ośrodka azotowego i powstania łuku przez główne elektrody.

Stabilizacja trybu rozruchu (prąd elektryczny łuku i światła) trwa około 10-15 minut. W tym okresie DRL wytwarza obciążenia, które znacznie przekraczają znamionowe prądy trybu. Aby je ograniczyć, zastosuj balast — uduszenie. 

Promieniowanie tęczowe w parach rtęci ma niebieski i fioletowy odcień i towarzyszy mu silne promieniowanie ultrafioletowe. Przechodzi przez luminofor, miesza się z widmem, które tworzy i tworzy jasne światło, które jest zbliżone do bieli.

DRL jest wrażliwy na jakość napięcia zasilania, a gdy spadnie do 180 woltów, gaśnie i nie świeci.

Podczas wyładowanie łukowe powstaje wysoka temperatura, która przenosi się na całą konstrukcję. Wpływa to na jakość styków w gnieździe i powoduje nagrzewanie się podłączonych przewodów, dlatego stosuje się je wyłącznie z izolacją żaroodporną.

Podczas pracy lampy ciśnienie gazu w palniku znacznie wzrasta i komplikuje warunki do zniszczenia medium, co wymaga zwiększenia przyłożonego napięcia. Jeśli zasilanie jest wyłączone i włączone, lampa nie włączy się natychmiast: musi ostygnąć.

Schemat podłączenia lampy DRL

Czterelektrodowa lampa rtęciowa jest włączana za pomocą dławika i bezpiecznik.

Topliwy bezpiecznik zabezpiecza obwód przed ewentualnymi zwarciami, a dławik ogranicza prąd płynący przez środek kwarcowej rurki. Rezystancja indukcyjna dławika dobierana jest w zależności od mocy oprawy oświetleniowej. Włączenie lampy pod napięciem bez dławika powoduje jej szybkie przepalenie.

Kondensator zawarty w obwodzie kompensuje składową reaktywną wprowadzoną przez indukcyjność.

Lampa DRI

Cechy konstrukcyjne

Wewnętrzna struktura lampy DRI jest bardzo podobna do tej stosowanej w DRL.

Ale jego palnik zawiera pewną ilość dodatków z hapogendów metali: indu, sodu, talu lub innych. Pozwalają zwiększyć emisję światła do 70-95 lm/W i więcej przy dobrej barwie.

Kolba wykonana jest w kształcie walca lub elipsy pokazanej na poniższym rysunku.

Materiałem palnika może być szkło kwarcowe lub ceramika, która ma lepsze właściwości użytkowe: mniejsze ciemnienie i dłuższą żywotność.

Zastosowany w nowoczesnym designie palnik w kształcie kuli zwiększa strumień świetlny i jasność źródła.

Zasada działania

Podstawowe procesy zachodzące podczas produkcji światła z lamp DRI i DRL są takie same. Różnica polega na schemacie zapłonu. DRI nie można uruchomić z przyłożonego napięcia sieciowego. Ta wartość jej nie wystarcza.

Aby wytworzyć łuk wewnątrz palnika, do przestrzeni międzyelektrodowej należy przyłożyć impuls wysokiego napięcia. Jego edukację powierzono IZU — impulsowemu urządzeniu zapłonowemu.

Jak działa IZU

Zasada działania urządzenia do wytwarzania impulsu wysokiego napięcia może być warunkowo przedstawiona za pomocą uproszczonego schematu.

Napięcie robocze zasilania jest przykładane do wejścia obwodu. Dioda D, rezystor R i kondensator C wytwarzają prąd ładowania kondensatora. Pod koniec ładowania impuls prądowy jest dostarczany przez kondensator przez otwarty przełącznik tyrystorowy w uzwojeniu podłączonego transformatora T.

W uzwojeniu wyjściowym transformatora podwyższającego generowany jest impuls wysokiego napięcia do 2-5 kV. Wchodzi w styki lampy i tworzy wyładowanie łukowe medium gazowego, które zapewnia blask.

Schematy połączeń lamp typu DRI

Urządzenia IZU produkowane są do lamp wyładowczych w dwóch wersjach: z dwoma lub trzema przewodami. Dla każdego z nich tworzony jest własny schemat połączeń.Jest on umieszczony bezpośrednio na obudowie bloku.

W przypadku urządzenia dwubiegunowego faza zasilania jest podłączona przez dławik do centralnego styku podstawy lampy i jednocześnie do odpowiedniego wyjścia IZU.

Przewód neutralny jest podłączony do bocznego styku podstawy i jej zacisku IZU.

W przypadku urządzenia z trzema stykami schemat połączenia neutralnego pozostaje taki sam, a zasilanie fazowe po dławiku zmienia się. Jest podłączony przez dwa pozostałe wyjścia do IZU, jak pokazano na poniższym zdjęciu: wejście do urządzenia jest przez zacisk „B”, a wyjście do centralnego styku podstawy przez — „Lp”.

Dlatego skład urządzenia sterującego (statecznika) do lamp rtęciowych z dodatkami emitującymi jest obowiązkowy:

• przepustnica;

• ładowarka impulsowa.

Kondensator kompensujący wartość mocy biernej może być zawarty w urządzeniu sterującym. Jej włączenie warunkuje ogólne zmniejszenie zużycia energii przez urządzenie oświetleniowe oraz wydłużenie żywotności lampy przy odpowiednio dobranej wartości mocy.

W przybliżeniu jego wartość 35 μF odpowiada lampom o mocy 250 W i 45 - 400 W. Gdy pojemność jest zbyt duża, w obwodzie pojawia się rezonans, który objawia się „mruganiem” światła lampy.

Obecność impulsów wysokiego napięcia w lampie roboczej determinuje zastosowanie przewodów skrajnie wysokiego napięcia w obwodzie połączeniowym o minimalnej długości między statecznikiem a lampą, nie większej niż 1-1,5 m.

Lampa DRIZ

Jest to wersja opisanej powyżej lampy DRI, która ma częściowo lustrzaną powłokę wewnątrz żarówki, aby odbijać światło, które tworzy kierunkową wiązkę promieni.Pozwala skupić promieniowanie na oświetlanym obiekcie i ograniczyć straty światła wynikające z wielokrotnych odbić.

Lampa HPS

Cechy konstrukcyjne

Wewnątrz bańki tej lampy wyładowczej zamiast rtęci zastosowano pary sodu, znajdujące się w środowisku gazów obojętnych: neonu, ksenonu lub innych lub ich mieszanin. Z tego powodu nazywane są „sodowymi”.

Dzięki takiej modyfikacji urządzenia konstruktorzy byli w stanie nadać im największą skuteczność działania, która sięga 150 lm/W.

Zasada działania DNaT i DRI jest taka sama. Dlatego ich schematy połączeń są takie same, a jeśli charakterystyka statecznika odpowiada parametrom lamp, można je wykorzystać do zajarzenia łuku w obu konstrukcjach.

Producenci lamp metalohalogenkowych i sodowych produkują stateczniki do określonych typów produktów i wysyłają je w jednej obudowie. Te stateczniki są w pełni funkcjonalne i gotowe do pracy.

Schematy elektryczne lamp typu DNaT

W niektórych przypadkach konstrukcja statecznika HPS może różnić się od powyższych schematów rozruchu DRI i może być wykonana zgodnie z jednym z trzech poniższych schematów.

W pierwszym przypadku IZU jest podłączone równolegle do styków lampy. Po zajarzeniu łuku wewnątrz palnika prąd roboczy nie przepływa przez lampę (patrz schemat IZU), co oszczędza zużycie energii elektrycznej. W tym przypadku na dławik wpływają impulsy wysokiego napięcia. Dlatego jest skonstruowany ze wzmocnioną izolacją w celu ochrony przed impulsami zapłonowymi.

Dlatego schemat połączeń równoległych jest stosowany z lampami małej mocy i impulsem zapłonu do dwóch kilowoltów.

W drugim schemacie zastosowano IZU, który działa bez transformatora impulsowego, a impulsy wysokiego napięcia są generowane przez dławik o specjalnej konstrukcji, który ma zaczep do podłączenia do gniazda lampy. Zwiększa się również izolacja uzwojenia tego induktora: jest on narażony na wysokie napięcie.

W trzecim przypadku stosuje się metodę szeregowego łączenia dławika, IZU i styku lampy. Tutaj impuls wysokiego napięcia z IZU nie trafia do dławika, a izolacja jego uzwojeń nie wymaga wzmocnienia.

Wadą tego obwodu jest to, że IZU zużywa zwiększony prąd, przez co następuje jego dodatkowe ogrzewanie. Wymaga to zwiększenia wymiarów konstrukcji, które przekraczają wymiary poprzednich schematów.

Ta trzecia opcja projektowa jest najczęściej używana do działania lamp HPS.

Można zastosować wszystkie schematy kompensacja mocy biernej podłączenie kondensatora, jak pokazano na schematach połączeń lamp DRI.

Wymienione obwody do włączania lamp wysokociśnieniowych za pomocą wyładowania gazowego do oświetlenia mają szereg wad:

• niedoceniany zasób blasku;

• w zależności od jakości napięcia zasilania;

• efekt stroboskopowy;

• hałas przepustnicy i balastu;

• zwiększone zużycie energii elektrycznej.

Większość z tych wad można przezwyciężyć, stosując elektroniczne urządzenia wyzwalające (EKG).

Pozwalają nie tylko zaoszczędzić do 30% energii elektrycznej, ale także mają możliwość płynnego sterowania oświetleniem. Jednak cena takich urządzeń jest wciąż dość wysoka.