Circuitos de comutação para lâmpadas de descarga de gás

Fontes de luz artificiais que usam uma descarga elétrica de um meio gasoso em vapor de mercúrio para gerar ondas de luz são chamadas de lâmpadas de mercúrio de descarga de gás.

O gás bombeado para dentro do cilindro pode estar em baixa, média ou alta pressão. Baixa pressão é usada em projetos de lâmpadas:

• fluorescente linear;

• economia de energia compacta:

• bactericida;

• quartzo.

Alta pressão é usada em lâmpadas:

• fósforo de arco de mercúrio (DRL);

• mercúrio metálico com aditivos radioativos (DRI) de haletos metálicos;

• arco tubular de sódio (DNaT);

• espelho de arco de sódio (DNaZ).

Eles são instalados nos locais onde é necessário iluminar grandes áreas com baixo consumo de energia.

lâmpada DRL

Características de design

O dispositivo de uma lâmpada usando quatro eletrodos é mostrado esquematicamente na foto.

Sua base, como nos modelos convencionais, serve para conectar os contatos quando é aparafusado no mandril. A ampola de vidro protege hermeticamente todos os elementos internos das influências externas. É preenchido com nitrogênio e contém:

• queimador de quartzo;

• fios elétricos dos contatos da base;

• dois resistores limitadores de corrente embutidos no circuito de eletrodos adicionais

• a camada de fósforo.

O queimador é feito na forma de um tubo de vidro de quartzo selado com argônio injetado, no qual são colocados:

• dois pares de eletrodos — principal e adicional, localizados em extremidades opostas do frasco;

• uma pequena gota de mercúrio.

Argônio — um elemento químico que pertence aos gases inertes. É obtido no processo de separação do ar com resfriamento profundo seguido de retificação. O argônio é um gás monoatômico incolor e inodoro, densidade 1,78 kg / m3, tbboil = –186 ° C. O argônio é usado como meio inerte em processos metalúrgicos e químicos, na tecnologia de soldagem (consulte soldagem a arco elétrico), bem como em lâmpadas de sinal, publicidade e outras que dão uma luz azulada.
O princípio de funcionamento das lâmpadas DRL

A fonte de luz DRL é uma descarga de arco elétrico em uma atmosfera de argônio fluindo entre eletrodos em um tubo de quartzo. Isso acontece sob a ação de uma tensão aplicada à lâmpada em dois estágios:

1. Inicialmente, uma descarga incandescente começa entre os eletrodos principal e de ignição próximos devido ao movimento de elétrons livres e íons carregados positivamente;

2. A formação de um grande número de portadores de carga na cavidade da tocha leva à rápida quebra do meio de nitrogênio e à formação de um arco através dos eletrodos principais.

A estabilização do modo de partida (corrente elétrica do arco e luz) leva cerca de 10 a 15 minutos. Durante este período, o DRL cria cargas que excedem significativamente as correntes de modo nominal. Para limitá-los, aplique lastro - sufocamento. 

A radiação do arco-íris no vapor de mercúrio tem uma tonalidade azul e violeta e é acompanhada por uma poderosa radiação ultravioleta. Ele passa pelo fósforo, se mistura com o espectro que forma e cria uma luz brilhante próxima ao branco.

O DRL é sensível à qualidade da tensão de alimentação e quando cai para 180 volts apaga e não acende.

Durante descarga de arco uma alta temperatura é criada, que é transferida para toda a estrutura. Isso afeta a qualidade dos contatos no soquete e causa aquecimento dos fios conectados, que são usados ​​apenas com isolamento resistente ao calor.

Durante o funcionamento da lâmpada, a pressão do gás no queimador aumenta significativamente e complica as condições de destruição do meio, o que exige um aumento da tensão aplicada. Se a energia estiver desligada e aplicada, a lâmpada não liga imediatamente: ela precisa esfriar.

Diagrama de conexão da lâmpada DRL

A lâmpada de mercúrio de quatro eletrodos é ligada por meio de um estrangulamento e fusível.

Um elo fusível protege o circuito de possíveis curtos-circuitos e o indutor limita a corrente que passa pelo meio do tubo de quartzo. A resistência indutiva do estrangulamento é selecionada de acordo com a potência da luminária. Acender a lâmpada sob tensão sem estrangulamento faz com que ela queime rapidamente.

Um capacitor incluído no circuito compensa o componente reativo introduzido pela indutância.

lâmpada DRI

Características de design

A estrutura interna da lâmpada DRI é muito semelhante à utilizada pela DRL.

Mas seu queimador contém uma certa quantidade de aditivos dos hapogenídeos dos metais índio, sódio, tálio ou alguns outros. Eles permitem que você aumente a emissão de luz para 70-95 lm / W e mais com boas cores.

O frasco é feito na forma de um cilindro ou elipse mostrado na figura abaixo.

O material do queimador pode ser vidro de quartzo ou cerâmica, que possui melhores propriedades operacionais: menor escurecimento e maior vida útil.

O queimador em forma de bola usado no design moderno aumenta a saída de luz e o brilho da fonte.

Princípio de operação

Os processos básicos que ocorrem durante a produção de luz das lâmpadas DRI e DRL são os mesmos. A diferença está no esquema de ignição. O DRI não pode ser iniciado a partir da tensão de rede aplicada. Este valor não é suficiente para ela.

Para criar um arco dentro da tocha, um pulso de alta tensão deve ser aplicado ao espaço entre os eletrodos. Sua educação foi confiada ao IZU - um dispositivo de ignição por pulso.

Como funciona o IZU

O princípio de operação do dispositivo para criar um pulso de alta tensão pode ser representado condicionalmente por um diagrama esquemático simplificado.

A tensão de alimentação operacional é aplicada à entrada do circuito. O diodo D, o resistor R e o capacitor C criam uma corrente de carga do capacitor. No final do carregamento, um pulso de corrente é fornecido através do capacitor através da chave de tiristor aberta no enrolamento do transformador T conectado.

Um pulso de alta tensão de até 2-5 kV é gerado no enrolamento de saída do transformador elevador. Ele entra nos contatos da lâmpada e cria uma descarga de arco do meio gasoso, que proporciona um brilho.

Diagramas de conexão de lâmpadas tipo DRI

Os dispositivos IZU são produzidos para lâmpadas de descarga de gás de duas modificações: com dois ou três fios. Para cada um deles, é criado seu próprio diagrama de conexão.É fornecido diretamente na carcaça do bloco.

Ao usar um dispositivo de dois pinos, a fase de energia é conectada através da bobina ao contato central da base da lâmpada e simultaneamente à saída correspondente do IZU.

O fio neutro é conectado ao contato lateral da base e seu terminal IZU.

Para um dispositivo de três pinos, o esquema de conexão do neutro permanece o mesmo e a alimentação de fase após a indução muda. É conectado através das duas saídas restantes ao IZU, conforme mostrado na foto abaixo: a entrada para o dispositivo é através do terminal «B», e a saída para o contato central da base através de — «Lp».

Assim, a composição do dispositivo de controle (reator) para lâmpadas de mercúrio com aditivos emissores é obrigatória:

• acelerador;

• carregador de pulso.

O capacitor que compensa o valor da potência reativa pode ser incluído no dispositivo de controle. A sua inclusão determina a redução geral do consumo de energia do dispositivo de iluminação e o prolongamento da vida útil da lâmpada com um valor de capacidade corretamente selecionado.

Aproximadamente seu valor de 35 μF corresponde a lâmpadas com potência de 250 W e 45 - 400 W. Quando a capacidade é muito alta, ocorre ressonância no circuito, que se manifesta pelo "piscar" da luz da lâmpada.

A presença de pulsos de alta tensão em uma lâmpada de trabalho determina o uso de fios de tensão extremamente alta no circuito de conexão com um comprimento mínimo entre o reator e a lâmpada, não mais que 1-1,5 m.

lâmpada DRIZ

Esta é uma versão da lâmpada DRI descrita acima que possui um revestimento parcialmente espelhado dentro da lâmpada para refletir a luz, que forma um feixe direcional de raios.Ele permite focar a radiação no objeto iluminado e reduzir as perdas de luz resultantes de múltiplas reflexões.

Lâmpada HPS

Características de design

No interior do bolbo desta lâmpada de descarga de gás, em vez de mercúrio, utiliza-se vapor de sódio, situado num ambiente de gases inertes: néon, xénon ou outros, ou suas misturas. Por esta razão, eles são chamados de "sódio".

Devido a esta modificação do dispositivo, os projetistas conseguiram dar a eles a maior eficiência de operação, que chega a 150 lm / W.

O princípio de ação do DNaT e DRI é o mesmo. Portanto, seus diagramas de conexão são os mesmos e, se as características do reator coincidirem com os parâmetros das lâmpadas, eles podem ser usados ​​para acender o arco em ambos os projetos.

Os fabricantes de lâmpadas de iodetos metálicos e de sódio produzem reatores para tipos de produtos específicos e os despacham em um único invólucro. Esses balastros são totalmente funcionais e estão prontos para uso.

Diagramas de fiação para lâmpadas do tipo DNaT

Em alguns casos, o projeto de lastro HPS pode diferir dos esquemas de inicialização DRI acima e ser executado de acordo com um dos três esquemas abaixo.

No primeiro caso, o IZU é conectado em paralelo aos contatos da lâmpada. Após a ignição do arco no interior do queimador, a corrente de funcionamento não passa pela lâmpada (ver esquema de circuitos IZU), o que poupa o consumo de eletricidade. Neste caso, a bobina é afetada por pulsos de alta tensão. Portanto, é construído com isolamento reforçado para proteger contra pulsos de ignição.

Portanto, o esquema de conexão paralela é usado com lâmpadas de baixa potência e pulso de ignição de até dois quilovolts.

No segundo esquema, é utilizado o IZU, que funciona sem transformador de pulso, e os pulsos de alta tensão são gerados por uma bobina de design especial, que possui uma derivação para conexão ao soquete da lâmpada. O isolamento do enrolamento deste indutor também aumenta: fica exposto a alta tensão.

No terceiro caso, é usado o método de conectar o indutor, IZU e o contato da lâmpada em série. Aqui, o pulso de alta tensão do IZU não vai para o estrangulamento e o isolamento de seus enrolamentos não requer amplificação.

A desvantagem desse circuito é que o IZU consome uma corrente aumentada, devido à qual ocorre seu aquecimento adicional. Isso requer um aumento nas dimensões da estrutura, que excedem as dimensões dos esquemas anteriores.

Esta terceira opção de design é usada com mais frequência para a operação de lâmpadas HPS.

Todos os esquemas podem ser usados compensação de potência reativa conexão do capacitor conforme mostrado nos diagramas de conexão da lâmpada DRI.

Os circuitos listados para acender lâmpadas de alta pressão usando descarga de gás para iluminação apresentam várias desvantagens:

• recurso de brilho subestimado;

• dependendo da qualidade da tensão de alimentação;

• efeito estroboscópico;

• ruído do acelerador e do lastro;

• aumento do consumo de eletricidade.

A maioria dessas desvantagens é superada usando dispositivos de acionamento eletrônico (ECG).

Eles permitem não apenas economizar até 30% de eletricidade, mas também têm a capacidade de controlar suavemente a iluminação. No entanto, o preço desses dispositivos ainda é bastante alto.