Spínacie obvody pre plynové výbojky

Umelé zdroje svetla, ktoré využívajú elektrický výboj plynného média v ortuťových parách na generovanie svetelných vĺn, sa nazývajú ortuťové výbojky s plynovou výbojkou.

Plyn čerpaný do valca môže mať nízky, stredný alebo vysoký tlak. Nízky tlak sa používa v konštrukciách lámp:

• lineárne fluorescenčné;

• kompaktná úspora energie:

• baktericídne;

• kremeň.

Vysoký tlak sa používa v lampách:

• ortuťový oblúkový fosfor (DRL);

• kovová ortuť s rádioaktívnymi prísadami (DRI) halogenidov kovov;

• oblúkový sodný tubulárny (DNaT);

• zrkadlo sodíkového oblúka (DNaZ).

Inštalujú sa na tie miesta, kde je potrebné osvetliť veľké plochy s nízkou spotrebou energie.

DRL lampa

Dizajnové prvky

Zariadenie lampy so štyrmi elektródami je schematicky znázornené na fotografii.

Jeho základňa, podobne ako bežné modely, slúži na pripojenie ku kontaktom pri naskrutkovaní do skľučovadla. Sklenená žiarovka hermeticky chráni všetky vnútorné prvky pred vonkajšími vplyvmi. Je naplnená dusíkom a obsahuje:

• kremenný horák;

• elektrické vodiče zo základných kontaktov;

• dva odpory obmedzujúce prúd zabudované do obvodu prídavných elektród

• fosforová vrstva.

Horák je vyrobený vo forme utesnenej trubice z kremenného skla so vstrekovaným argónom, v ktorej sú umiestnené:

• dva páry elektród – hlavná a prídavná, umiestnené na opačných koncoch banky;

• malá kvapka ortuti.

Argón — chemický prvok, ktorý patrí medzi inertné plyny. Získava sa v procese separácie vzduchu s hlbokým chladením, po ktorom nasleduje rektifikácia. Argón je bezfarebný jednoatomový plyn bez zápachu, hustota 1,78 kg / m3, tvar = –186 ° C. Argón sa používa ako inertné médium v ​​metalurgických a chemických procesoch, v technológii zvárania (viď. zváranie elektrickým oblúkom), ako aj v signálnych, reklamných a iných svietidlách, ktoré vydávajú modrasté svetlo.
Princíp činnosti žiaroviek DRL

Svetelným zdrojom DRL je elektrický oblúkový výboj v argónovej atmosfére prúdiaci medzi elektródami v kremennej trubici. To sa deje pôsobením napätia aplikovaného na lampu v dvoch fázach:

1. Na začiatku medzi blízko umiestnenými hlavnými a zapaľovacími elektródami začína žeravý výboj v dôsledku pohybu voľných elektrónov a kladne nabitých iónov;

2. Vytvorenie veľkého počtu nosičov náboja v dutine horáka vedie k rýchlemu rozpadu dusíkového média a vzniku oblúka cez hlavné elektródy.

Stabilizácia štartovacieho režimu (elektrický prúd oblúka a svetla) trvá cca 10-15 minút. Počas tohto obdobia DRL vytvára záťaže, ktoré výrazne prevyšujú prúdy menovitého režimu. Ak ich chcete obmedziť, prihláste sa balast — dusenie. 

Dúhové žiarenie v ortuťových parách má modrý a fialový odtieň a je sprevádzané silným ultrafialovým žiarením. Prechádza cez fosfor, mieša sa so spektrom, ktoré tvorí a vytvára jasné svetlo, ktoré je blízke bielej farbe.

DRL je citlivé na kvalitu napájacieho napätia a pri poklese na 180 voltov zhasne a nesvieti.

Počas oblúkový výboj vzniká vysoká teplota, ktorá sa prenáša na celú konštrukciu. To ovplyvňuje kvalitu kontaktov v zásuvke a spôsobuje zahrievanie pripojených vodičov, ktoré sa preto používajú iba s tepelne odolnou izoláciou.

Počas prevádzky lampy sa tlak plynu v horáku výrazne zvyšuje a komplikuje podmienky na zničenie média, čo si vyžaduje zvýšenie použitého napätia. Ak je napájanie vypnuté a zapnuté, lampa sa nespustí okamžite: musí vychladnúť.

Schéma zapojenia lampy DRL

Štvorelektródová ortuťová výbojka sa zapína pomocou tlmivky a poistka.

Poistka chráni obvod pred možným skratom a tlmivka obmedzuje prúd pretekajúci stredom kremennej trubice. Indukčný odpor tlmivky sa volí podľa výkonu svietidla. Zapnutie lampy pod napätím bez tlmivky spôsobí jej rýchle vyhorenie.

Kondenzátor zahrnutý v obvode kompenzuje reaktívnu zložku zavedenú indukčnosťou.

DRI lampa

Dizajnové prvky

Vnútorná štruktúra DRI lampy je veľmi podobná tej, ktorú používa DRL.

Ale jeho horák obsahuje určité množstvo prísad z hapogenidov kovov indium, sodík, tálium alebo niektoré ďalšie. Umožňujú zvýšiť vyžarovanie svetla na 70-95 lm/W a viac s dobrou farbou.

Banka je vyrobená vo forme valca alebo elipsy znázornenej na obrázku nižšie.

Materiál horáka môže byť kremenné sklo alebo keramika, ktorá má lepšie prevádzkové vlastnosti: menšie stmavnutie a dlhšiu životnosť.

Horák v tvare gule použitý v modernom dizajne zvyšuje svetelný výkon a jas zdroja.

Princíp fungovania

Základné procesy prebiehajúce pri výrobe svetla z DRI a DRL lámp sú rovnaké. Rozdiel spočíva v schéme zapaľovania. DRI nie je možné spustiť z priloženého sieťového napätia. Táto hodnota jej nestačí.

Na vytvorenie oblúka vo vnútri horáka sa musí do medzielektródového priestoru priviesť vysokonapäťový impulz. Jeho vzdelanie bolo zverené IZU — pulznému zapaľovaciemu zariadeniu.

Ako funguje IZU

Princíp činnosti zariadenia na vytváranie vysokonapäťového impulzu môže byť podmienene znázornený zjednodušeným schematickým diagramom.

Prevádzkové napájacie napätie sa privádza na vstup obvodu. Dióda D, odpor R a kondenzátor C vytvárajú nabíjací prúd kondenzátora. Na konci nabíjania je cez kondenzátor privádzaný prúdový impulz cez otvorený tyristorový spínač vo vinutí pripojeného transformátora T.

Vo výstupnom vinutí zvyšovacieho transformátora sa generuje vysokonapäťový impulz do 2-5 kV. Vstupuje do kontaktov lampy a vytvára oblúkový výboj plynného média, ktorý poskytuje žiaru.

Schémy zapojenia lampy typu DRI

Zariadenia IZU sa vyrábajú pre plynové výbojky v dvoch modifikáciách: s dvoma alebo tromi vodičmi. Pre každý z nich je vytvorená vlastná schéma zapojenia.Poskytuje sa priamo na blokovom kryte.

Pri použití dvojkolíkového zariadenia je výkonová fáza pripojená cez tlmivku k centrálnemu kontaktu pätice svietidla a súčasne k príslušnému výstupu IZU.

Nulový vodič je pripojený k bočnému kontaktu základne a jej svorke IZU.

Pre trojkolíkové zariadenie zostáva schéma neutrálneho pripojenia rovnaká a napájanie fázy po zmene tlmivky. Je pripojený cez dva zostávajúce výstupy k IZU, ako je znázornené na fotografii nižšie: vstup do zariadenia je cez svorku «B» a výstup do centrálneho kontaktu základne cez — «Lp».

Preto je zloženie ovládacieho zariadenia (predradníka) pre ortuťové výbojky s vyžarovacími prísadami povinné:

• škrtiaca klapka;

• pulzná nabíjačka.

Kondenzátor kompenzujúci hodnotu jalového výkonu môže byť súčasťou riadiaceho zariadenia. Jeho zahrnutie určuje všeobecné zníženie spotreby energie osvetľovacím zariadením a predĺženie životnosti svietidla pri správne zvolenej hodnote kapacity.

Približne jeho hodnota 35 μF zodpovedá svietidlám s výkonom 250 W a 45 - 400 W. Pri príliš vysokej kapacite dochádza v obvode k rezonancii, ktorá sa prejavuje „blikaním“ svetla svietidla.

Prítomnosť vysokonapäťových impulzov v pracovnej lampe určuje použitie extrémne vysokonapäťových vodičov v pripojovacom obvode s minimálnou dĺžkou medzi predradníkom a lampou, nie viac ako 1-1,5 m.

Svietidlo DRIZ

Toto je verzia lampy DRI opísaná vyššie, ktorá má vo vnútri žiarovky čiastočne zrkadlový povlak, ktorý odráža svetlo, ktoré vytvára smerový lúč lúčov.Umožňuje zamerať žiarenie na osvetlený objekt a znížiť straty svetla spôsobené viacnásobnými odrazmi.

HPS lampa

Dizajnové prvky

Vo vnútri banky tejto plynovej výbojky sa namiesto ortuti používa sodíková para, ktorá sa nachádza v prostredí inertných plynov: neón, xenón alebo iné, prípadne ich zmesi. Z tohto dôvodu sa nazývajú "sodík".

Vďaka tejto úprave zariadenia im konštruktéri mohli poskytnúť najväčšiu efektivitu prevádzky, ktorá dosahuje 150 lm/W.

Princíp účinku DNaT a DRI je rovnaký. Preto sú ich schémy zapojenia rovnaké a ak sa charakteristiky predradníka zhodujú s parametrami lámp, možno ich použiť na zapálenie oblúka v oboch prevedeniach.

Výrobcovia metalhalogenidových a sodíkových výbojok vyrábajú predradníky pre špecifické typy produktov a dodávajú ich v jednom kryte. Tieto predradníky sú plne funkčné a pripravené na použitie.

Schémy zapojenia pre lampy typu DNaT

V niektorých prípadoch sa dizajn predradníka HPS môže líšiť od vyššie uvedených schém spustenia DRI a môže sa vykonávať podľa jednej z troch nižšie uvedených schém.

V prvom prípade je IZU pripojený paralelne ku kontaktom svietidla. Po zapálení oblúka vo vnútri horáka neprechádza prevádzkový prúd lampou (pozri schému zapojenia IZU), čím sa šetrí spotreba elektrickej energie. V tomto prípade je tlmivka ovplyvnená vysokonapäťovými impulzmi. Je preto konštruovaný so zosilnenou izoláciou na ochranu pred impulzmi vznietenia.

Preto sa schéma paralelného pripojenia používa s lampami s nízkym výkonom a impulzom zapaľovania do dvoch kilovoltov.

V druhej schéme sa používa IZU, ktorý pracuje bez impulzného transformátora a vysokonapäťové impulzy sú generované tlmivkou špeciálnej konštrukcie, ktorá má kohútik na pripojenie k objímke lampy. Izolácia vinutia tohto induktora sa tiež zvyšuje: je vystavená vysokému napätiu.

V treťom prípade sa používa spôsob zapojenia tlmivky, IZU a kontaktu lampy do série. Tu vysokonapäťový impulz z IZU nejde do tlmivky a izolácia jeho vinutí nevyžaduje zosilnenie.

Nevýhodou tohto obvodu je, že IZU spotrebuje zvýšený prúd, v dôsledku čoho dochádza k jeho dodatočnému ohrevu. To si vyžaduje zväčšenie rozmerov konštrukcie, ktoré presahujú rozmery predchádzajúcich schém.

Táto tretia možnosť dizajnu sa najčastejšie používa na prevádzku lámp HPS.

Je možné použiť všetky schémy kompenzácia jalového výkonu pripojenie kondenzátora podľa schém zapojenia lampy DRI.

Uvedené obvody na zapnutie vysokotlakových lámp pomocou plynového výboja na osvetlenie majú niekoľko nevýhod:

• podceňovaný zdroj žiary;

• v závislosti od kvality napájacieho napätia;

• stroboskopický efekt;

• hluk škrtiacej klapky a predradníka;

• zvýšená spotreba elektrickej energie.

Väčšina týchto nedostatkov je prekonaná použitím elektronických spúšťacích zariadení (EKG).

Umožňujú nielen ušetriť až 30% elektrickej energie, ale majú aj schopnosť plynulo ovládať osvetlenie. Cena takýchto zariadení je však stále dosť vysoká.