Spínací obvody pro plynové výbojky

Umělé světelné zdroje, které využívají k vytváření světelných vln elektrický výboj plynného média ve rtuťových parách, se nazývají rtuťové výbojky s plynovou výbojkou.

Plyn čerpaný do válce může mít nízký, střední nebo vysoký tlak. Nízký tlak se používá v konstrukcích lamp:

• lineární fluorescenční;

• kompaktní úspora energie:

• baktericidní;

• křemen.

Vysoký tlak se používá v lampách:

• rtuťový obloukový fosfor (DRL);

• kovová rtuť s radioaktivními přísadami (DRI) halogenidů kovů;

• oblouk sodný tubulární (DNaT);

• zrcadlo sodíkového oblouku (DNaZ).

Instalují se do těch míst, kde je potřeba osvětlit velké plochy s nízkou spotřebou energie.

DRL lampa

Designové vlastnosti

Zařízení lampy používající čtyři elektrody je schematicky znázorněno na fotografii.

Jeho základna, stejně jako běžné modely, slouží k připojení ke kontaktům při našroubování do sklíčidla. Skleněná baňka hermeticky chrání všechny vnitřní prvky před vnějšími vlivy. Je naplněný dusíkem a obsahuje:

• křemenný hořák;

• elektrické vodiče ze základních kontaktů;

• dva proud omezující odpory zabudované do obvodu přídavných elektrod

• fosforová vrstva.

Hořák je vyroben ve formě utěsněné trubice z křemenného skla se vstřikovaným argonem, ve které jsou umístěny:

• dva páry elektrod – hlavní a přídavná, umístěné na opačných koncích baňky;

• malá kapka rtuti.

Argon — chemický prvek, který patří mezi inertní plyny. Získává se v procesu vzduchové separace s hlubokým chlazením s následnou rektifikací. Argon je bezbarvý jednoatomový plyn bez zápachu, hustota 1,78 kg / m3, tvar = –186 ° C. Argon se používá jako inertní médium v ​​metalurgických a chemických procesech, v technice svařování (viz. svařování elektrickým obloukem), stejně jako v signálních, reklamních a jiných lampách, které dávají namodralé světlo.
Princip fungování DRL lamp

Světelným zdrojem DRL je elektrický obloukový výboj v argonové atmosféře proudící mezi elektrodami v křemenné trubici. To se děje působením napětí aplikovaného na lampu ve dvou fázích:

1. Zpočátku začíná doutnavý výboj mezi těsně umístěnými hlavní a zapalovací elektrodou v důsledku pohybu volných elektronů a kladně nabitých iontů;

2. Vznik velkého množství nosičů náboje v dutině hořáku vede k rychlému rozpadu dusíkového média a vzniku oblouku přes hlavní elektrody.

Stabilizace startovacího režimu (elektrický proud oblouku a světla) trvá cca 10-15 minut. Během této doby DRL vytváří zátěže, které výrazně překračují jmenovité proudy režimu. Chcete-li je omezit, podejte žádost balast — udušení. 

Duhové záření ve rtuťových parách má modrý a fialový odstín a je doprovázeno silným ultrafialovým zářením. Prochází fosforem, mísí se se spektrem, které tvoří a vytváří jasné světlo, které se blíží bílé.

DRL je citlivé na kvalitu napájecího napětí a při poklesu na 180 voltů zhasne a nesvítí.

Během obloukový výboj vzniká vysoká teplota, která se přenese do celé konstrukce. To ovlivňuje kvalitu kontaktů v zásuvce a způsobuje zahřívání připojených vodičů, které se proto používají pouze s tepelně odolnou izolací.

Během provozu lampy se tlak plynu v hořáku výrazně zvyšuje a komplikuje podmínky pro destrukci média, což vyžaduje zvýšení použitého napětí. Pokud je napájení vypnuto a zapnuto, lampa se nespustí okamžitě: musí vychladnout.

Schéma zapojení lampy DRL

Čtyřelektrodová rtuťová výbojka se zapíná pomocí tlumivky a pojistka.

Tavná pojistka chrání obvod před možným zkratem a tlumivka omezuje proud protékající středem křemenné trubice. Indukční odpor tlumivky se volí podle výkonu svítidla. Zapnutí lampy pod napětím bez tlumivky způsobí její rychlé vyhoření.

Kondenzátor obsažený v obvodu kompenzuje reaktivní složku zaváděnou indukčností.

DRI lampa

Designové vlastnosti

Vnitřní struktura DRI lampy je velmi podobná té, kterou používá DRL.

Ale jeho hořák obsahuje určité množství přísad z hapogenidů kovů indium, sodík, thalium nebo některé další. Umožňují zvýšit vyzařování světla na 70-95 lm/W a více s dobrou barvou.

Baňka je vyrobena ve formě válce nebo elipsy znázorněné na obrázku níže.

Materiál hořáku může být křemenné sklo nebo keramika, která má lepší provozní vlastnosti: menší tmavnutí a delší životnost.

Hořák ve tvaru koule použitý v moderním designu zvyšuje světelný výkon a jas zdroje.

Princip fungování

Základní procesy probíhající při výrobě světla z DRI a DRL výbojek jsou stejné. Rozdíl spočívá ve schématu zapalování. DRI nelze spustit z přiloženého síťového napětí. Tato hodnota jí nestačí.

Pro vytvoření oblouku uvnitř hořáku musí být do mezielektrodového prostoru přiveden vysokonapěťový impuls. Jeho vzdělání bylo svěřeno IZU — pulznímu zapalovacímu zařízení.

Jak IZU funguje

Princip činnosti zařízení pro vytváření vysokonapěťového impulsu může být podmíněně reprezentován zjednodušeným schematickým diagramem.

Provozní napájecí napětí je přivedeno na vstup obvodu. Dioda D, rezistor R a kondenzátor C vytvářejí nabíjecí proud kondenzátoru. Na konci nabíjení je přiváděn proudový impuls přes kondenzátor přes otevřený tyristorový spínač ve vinutí připojeného transformátoru T.

Ve výstupním vinutí zvyšovacího transformátoru je generován vysokonapěťový impuls až 2-5 kV. Vstupuje do kontaktů lampy a vytváří obloukový výboj plynného média, který poskytuje záři.

Schémata zapojení lampy typu DRI

Zařízení IZU se vyrábí pro plynové výbojky dvou modifikací: se dvěma nebo třemi vodiči. Pro každý z nich je vytvořeno vlastní schéma zapojení.Je umístěn přímo na blokovém krytu.

Při použití dvoupinového zařízení je výkonová fáze připojena přes tlumivku ke středovému kontaktu patice lampy a současně k příslušnému výstupu IZU.

Nulový vodič je připojen k bočnímu kontaktu základny a její svorce IZU.

U tříkolíkového zařízení zůstává schéma zapojení nulového vodiče stejné a napájení fáze po tlumivce se změní. Je připojen přes dva zbývající výstupy k IZU, jak je znázorněno na obrázku níže: vstup do zařízení je přes svorku «B» a výstup do centrálního kontaktu základny přes — «Lp».

Složení řídicího zařízení (předřadníku) pro rtuťové výbojky s emitujícími přísadami je tedy povinné:

• škrticí klapka;

• pulzní nabíječka.

Kondenzátor kompenzující hodnotu jalového výkonu může být součástí řídicího zařízení. Jeho zahrnutí určuje obecné snížení spotřeby energie osvětlovacím zařízením a prodloužení životnosti lampy při správně zvolené kapacitní hodnotě.

Přibližně jeho hodnota 35 μF odpovídá výbojkám o výkonu 250 W a 45 - 400 W. Při příliš vysoké kapacitě dochází v obvodu k rezonanci, která se projevuje „blikáním“ světla výbojky.

Přítomnost vysokonapěťových impulzů v pracovní lampě určuje použití extrémně vysokonapěťových vodičů v připojovacím obvodu s minimální délkou mezi předřadníkem a lampou, ne více než 1-1,5 m.

Lampa DRIZ

Toto je verze DRI lampy popsané výše, která má uvnitř žárovky částečně zrcadlový povlak, který odráží světlo, které tvoří směrový paprsek paprsků.Umožňuje zaměřit záření na osvětlený objekt a snížit ztráty světla způsobené vícenásobnými odrazy.

HPS lampa

Designové vlastnosti

Uvnitř baňky této plynové výbojky jsou místo rtuti použity sodné páry umístěné v prostředí inertních plynů: neonu, xenonu či jiných, případně jejich směsí. Z tohoto důvodu se jim říká "sodík".

Díky této úpravě zařízení jim konstruktéři mohli poskytnout největší efektivitu provozu, která dosahuje 150 lm/W.

Princip působení DNaT a DRI je stejný. Proto jsou jejich schémata zapojení stejná a pokud charakteristiky předřadníku odpovídají parametrům výbojek, lze je použít k zapálení oblouku v obou provedeních.

Výrobci halogenidových a sodíkových výbojek vyrábějí předřadníky pro konkrétní typy produktů a dodávají je v jediném krytu. Tyto předřadníky jsou plně funkční a připravené k použití.

Schémata zapojení pro lampy typu DNaT

V některých případech se může provedení předřadníku HPS lišit od výše uvedených schémat spouštění DRI a může být provedeno podle jednoho ze tří níže uvedených schémat.

V prvním případě je IZU připojen paralelně ke kontaktům lampy. Po zapálení oblouku uvnitř hořáku neprochází lampou provozní proud (viz schéma zapojení IZU), což šetří spotřebu elektrické energie. V tomto případě je tlumivka ovlivněna vysokonapěťovými impulsy. Je proto konstruován se zesílenou izolací pro ochranu před impulsy vznícení.

Proto se schéma paralelního připojení používá s lampami s nízkým výkonem a zapalovacím impulsem až do dvou kilovoltů.

Ve druhém schématu je použit IZU, který pracuje bez pulzního transformátoru a vysokonapěťové pulzy jsou generovány tlumivkou speciální konstrukce, která má odbočku pro připojení k patici lampy. Izolace vinutí této tlumivky se také zvyšuje: je vystavena vysokému napětí.

Ve třetím případě je použit způsob zapojení tlumivky, IZU a kontaktu lampy do série. Zde vysokonapěťový impuls z IZU nejde do tlumivky a izolace jeho vinutí nevyžaduje zesílení.

Nevýhodou tohoto obvodu je, že IZU spotřebovává zvýšený proud, díky čemuž dochází k jeho dodatečnému ohřevu. To vyžaduje zvětšení rozměrů konstrukce, které přesahují rozměry předchozích schémat.

Tato třetí konstrukční varianta se nejčastěji používá pro provoz výbojek HPS.

Lze použít všechna schémata kompenzace jalového výkonu zapojení kondenzátoru, jak je znázorněno na schématech zapojení lampy DRI.

Uvedené obvody pro zapínání vysokotlakých výbojek pomocí plynového výboje pro osvětlení mají řadu nevýhod:

• podceňovaný zdroj záře;

• v závislosti na kvalitě napájecího napětí;

• stroboskopický efekt;

• hluk škrticí klapky a zátěže;

• zvýšená spotřeba elektřiny.

Většina těchto nedostatků je překonána použitím elektronických spouštěcích zařízení (EKG).

Umožňují nejen ušetřit až 30 % elektrické energie, ale mají také schopnost plynule ovládat osvětlení. Cena takových zařízení je však stále poměrně vysoká.