Schakelcircuits voor gasontladingslampen

Kunstmatige lichtbronnen die een elektrische ontlading van een gasmedium in kwikdamp gebruiken om lichtgolven op te wekken, worden gasontladingskwiklampen genoemd.

Het gas dat in de cilinder wordt gepompt, kan een lage, gemiddelde of hoge druk hebben. Lage druk wordt gebruikt in lampontwerpen:

• lineair fluorescerend;

• compacte energiebesparing:

• bacteriedodend;

• kwarts.

Hoge druk wordt gebruikt in lampen:

• kwikboogfosfor (DRL);

• metallisch kwik met radioactieve additieven (DRI) van metaalhalogeniden;

• boog natrium buisvormig (DNaT);

• natriumboogspiegel (DNaZ).

Ze worden geïnstalleerd op die plaatsen waar het nodig is om grote gebieden te verlichten met een laag energieverbruik.

DRL-lamp

Ontwerpkenmerken

Het apparaat van een lamp met vier elektroden wordt schematisch weergegeven op de foto.

De basis wordt, net als conventionele modellen, gebruikt om verbinding te maken met de contacten wanneer deze in de boorkop wordt geschroefd. De glazen bol beschermt alle interne elementen hermetisch tegen invloeden van buitenaf. Het is gevuld met stikstof en bevat:

• kwartsbrander;

• elektrische draden van de basiscontacten;

• twee stroombeperkende weerstanden ingebouwd in het circuit van extra elektroden

• de fosforlaag.

De brander is gemaakt in de vorm van een verzegelde buis van kwartsglas met geïnjecteerd argon, waarin zijn geplaatst:

• twee paar elektroden - hoofd- en extra, gelegen aan tegenovergestelde uiteinden van de kolf;

• een kleine druppel kwik.

Argon — een chemisch element dat behoort tot de inerte gassen. Het wordt verkregen tijdens het luchtscheidingsproces met diepe koeling gevolgd door rectificatie. Argon is een kleurloos, reukloos eenatomig gas, dichtheid 1,78 kg/m3, kookpunt = –186°C. Argon wordt gebruikt als inert medium in metallurgische en chemische processen, in de lastechniek (zie elektrisch booglassen), evenals in signaal-, reclame- en andere lampen die een blauwachtig licht geven.
Het werkingsprincipe van DRL-lampen

De DRL-lichtbron is een elektrische boogontlading in een argonatmosfeer die tussen elektroden in een kwartsbuis stroomt. Dit gebeurt onder invloed van een spanning die in twee fasen op de lamp wordt aangelegd:

1. Aanvankelijk begint een glimontlading tussen de dicht bij elkaar gelegen hoofd- en ontstekingselektroden door de beweging van vrije elektronen en positief geladen ionen;

2. De vorming van een groot aantal ladingsdragers in de toortsholte leidt tot de snelle afbraak van het stikstofmedium en de vorming van een boog door de hoofdelektroden.

Stabilisatie van de startmodus (elektrische stroom van de boog en licht) duurt ongeveer 10-15 minuten. Gedurende deze periode creëert de DRL belastingen die de nominale modusstromen aanzienlijk overschrijden. Solliciteer om ze te beperken ballast — verstikking. 

Regenboogstraling in kwikdamp heeft een blauwe en violette tint en gaat gepaard met krachtige ultraviolette straling. Het gaat door de fosfor, vermengt zich met het spectrum dat het vormt en creëert een helder licht dat bijna wit benadert.

De DRL is gevoelig voor de kwaliteit van de voedingsspanning en wanneer deze zakt naar 180 volt gaat deze uit en gaat niet branden.

Tijdens boogontlading er ontstaat een hoge temperatuur, die wordt overgedragen op de hele constructie. Dit beïnvloedt de kwaliteit van de contacten in het stopcontact en veroorzaakt opwarming van de aangesloten draden, die daarom alleen met hittebestendige isolatie worden gebruikt.

Tijdens de werking van de lamp neemt de gasdruk in de brander aanzienlijk toe en compliceert dit de voorwaarden voor de vernietiging van het medium, wat een verhoging van de aangelegde spanning vereist. Als de stroom is uitgeschakeld en ingeschakeld, zal de lamp niet onmiddellijk starten: hij moet afkoelen.

DRL lamp aansluitschema

De kwiklamp met vier elektroden wordt ingeschakeld door middel van een smoorspoel en samensmelten.

Een smeltlood beschermt het circuit tegen mogelijke kortsluiting en de choke beperkt de stroom die door het midden van de kwartsbuis stroomt. De inductieve weerstand van de smoorspoel wordt geselecteerd op basis van het vermogen van de verlichtingsarmatuur. Door de lamp onder spanning aan te zetten zonder choke brandt deze snel door.

Een condensator die in het circuit is opgenomen, compenseert de reactieve component die door de inductantie wordt geïntroduceerd.

DRI-lamp

Ontwerpkenmerken

De interne structuur van de DRI-lamp lijkt sterk op die van de DRL.

Maar de brander bevat een bepaalde hoeveelheid additieven van de hapogeniden van de metalen indium, natrium, thallium en andere. Hiermee kunt u de lichtemissie verhogen tot 70-95 lm / W en meer met een goede kleur.

De kolf is gemaakt in de vorm van een cilinder of ellips, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Het materiaal van de brander kan kwartsglas of keramiek zijn, wat betere operationele eigenschappen heeft: minder donker worden en een langere levensduur.

De bolvormige brander die in het moderne ontwerp is gebruikt, verhoogt de lichtopbrengst en helderheid van de bron.

Operatie principe

De basisprocessen die plaatsvinden tijdens de productie van licht van DRI- en DRL-lampen zijn hetzelfde. Het verschil zit hem in het ontstekingsschema. DRI kan niet worden gestart vanaf de aanwezige netspanning. Deze waarde is niet genoeg voor haar.

Om een ​​boog in de toorts te creëren, moet een hoogspanningspuls worden toegepast op de ruimte tussen de elektroden. Zijn opleiding werd toevertrouwd aan de IZU - een pulsontstekingsapparaat.

Hoe IZU werkt

Het werkingsprincipe van het apparaat voor het creëren van een hoogspanningspuls kan voorwaardelijk worden weergegeven door een vereenvoudigd schematisch diagram.

De bedrijfsvoedingsspanning wordt toegepast op de ingang van het circuit. Diode D, weerstand R en condensator C creëren een condensatorlaadstroom. Aan het einde van het opladen wordt via de condensator een stroompuls geleverd via de open thyristorschakelaar in de wikkeling van de aangesloten transformator T.

In de uitgangswikkeling van de step-up transformator wordt een hoogspanningspuls tot 2-5 kV gegenereerd. Het komt de contacten van de lamp binnen en creëert een boogontlading van het gasvormige medium, wat zorgt voor een gloed.

Aansluitschema's voor lampen van het DRI-type

IZU-apparaten worden geproduceerd voor gasontladingslampen van twee modificaties: met twee of drie draden. Voor elk daarvan wordt een eigen aansluitschema gemaakt.Het wordt direct op de blokbehuizing aangebracht.

Bij gebruik van een tweepolig apparaat wordt de voedingsfase via de smoorspoel verbonden met het centrale contact van de lampvoet en tegelijkertijd met de overeenkomstige uitgang van de IZU.

De neutrale draad is verbonden met het zijcontact van de basis en de IZU-aansluiting.

Voor een driepolig apparaat blijft het neutrale aansluitschema hetzelfde en verandert de fasetoevoer na de smoorspoel. Het is via de twee overgebleven uitgangen verbonden met de IZU, zoals weergegeven in de onderstaande foto: de invoer naar het apparaat is via de klem «B» en de uitvoer naar het centrale contact van de basis via - «Lp».

De samenstelling van het besturingsapparaat (ballast) voor kwiklampen met emitterende additieven is dus verplicht:

• gas geven;

• puls oplader.

De condensator die de blindvermogenwaarde compenseert, kan in het besturingsapparaat worden opgenomen. De opname ervan bepaalt de algemene vermindering van het energieverbruik door het verlichtingsapparaat en de verlenging van de levensduur van de lamp met een correct geselecteerde capaciteitswaarde.

Ongeveer de waarde van 35 μF komt overeen met lampen met een vermogen van 250 W en 45 - 400 W. Wanneer de capaciteit te hoog is, treedt er resonantie op in het circuit, wat zich uit in het "knipperen" van het licht van de lamp.

De aanwezigheid van hoogspanningspulsen in een werkende lamp bepaalt het gebruik van extreem hoogspanningsdraden in het aansluitcircuit met een minimale lengte tussen de ballast en de lamp, niet meer dan 1-1,5 m.

DRIZ-lamp

Dit is een versie van de hierboven beschreven DRI-lamp met een gedeeltelijk gespiegelde coating aan de binnenkant van de lamp om het licht te weerkaatsen, wat een gerichte straal vormt.Hiermee kunt u de straling op het verlichte object concentreren en lichtverliezen als gevolg van meervoudige reflecties verminderen.

HPS-lamp

Ontwerpkenmerken

In de lamp van deze gasontladingslamp wordt in plaats van kwik natriumdamp gebruikt, die zich in een omgeving van inerte gassen bevindt: neon, xenon of andere, of hun mengsels. Om deze reden worden ze "natrium" genoemd.

Dankzij deze aanpassing van het apparaat konden de ontwerpers ze de grootste efficiëntie van de werking geven, die 150 lm / W bereikt.

Het werkingsprincipe van DNaT en DRI is hetzelfde. Daarom zijn hun aansluitschema's hetzelfde en als de kenmerken van de ballast overeenkomen met de parameters van de lampen, kunnen ze worden gebruikt om de boog in beide ontwerpen te ontsteken.

Fabrikanten van metaalhalogenide- en natriumlampen produceren voorschakelapparaten voor specifieke productsoorten en verzenden deze in één behuizing. Deze voorschakelapparaten zijn volledig functioneel en klaar voor gebruik.

Bedradingsschema's voor lampen van het type DNaT

In sommige gevallen kan het ontwerp van de HPS-ballast verschillen van de bovenstaande DRI-opstartschema's en worden uitgevoerd volgens een van de drie onderstaande schema's.

In het eerste geval wordt de IZU parallel aangesloten op de contacten van de lamp. Na het ontsteken van de boog in de brander gaat de bedrijfsstroom niet door de lamp (zie IZU-schakelschema), wat elektriciteitsverbruik bespaart. In dit geval wordt de smoorspoel beïnvloed door hoogspanningspulsen. Het is daarom geconstrueerd met versterkte isolatie om te beschermen tegen ontstekingspulsen.

Daarom wordt het parallelle verbindingsschema gebruikt met lampen met een laag vermogen en een ontstekingspuls van maximaal twee kilovolt.

In het tweede schema wordt IZU gebruikt, dat werkt zonder een pulstransformator, en worden hoogspanningspulsen gegenereerd door een smoorspoel van een speciaal ontwerp, die een kraan heeft voor aansluiting op de lampfitting. De isolatie van de wikkeling van deze inductor neemt ook toe: deze wordt blootgesteld aan hoge spanning.

In het derde geval wordt de methode gebruikt om de smoorspoel, IZU en het lampcontact in serie te verbinden. Hier gaat de hoogspanningspuls van de IZU niet naar de smoorspoel en de isolatie van de wikkelingen vereist geen versterking.

Het nadeel van dit circuit is dat de IZU een verhoogde stroom verbruikt, waardoor extra verwarming optreedt. Dit vereist een toename van de afmetingen van de constructie, die de afmetingen van de vorige schema's overschrijden.

Deze derde ontwerpoptie wordt meestal gebruikt voor de werking van HPS-lampen.

Alle schema's kunnen worden gebruikt blindvermogen compensatie condensatoraansluiting zoals weergegeven in de DRI-lampaansluitschema's.

De vermelde circuits voor het inschakelen van hogedruklampen met behulp van een gasontlading voor verlichting hebben een aantal nadelen:

• onderschatte gloedbron;

• afhankelijk van de kwaliteit van de voedingsspanning;

• stroboscopisch effect;

• gaspedaal en ballastgeluid;

• verhoogd elektriciteitsverbruik.

De meeste van deze nadelen worden overwonnen door elektronische triggerapparaten (ECG) te gebruiken.

Ze laten niet alleen toe om tot 30% elektriciteit te besparen, maar hebben ook de mogelijkheid om de verlichting soepel te regelen. De prijs van dergelijke apparaten is echter nog steeds vrij hoog.