1-1

Lucrarea 1

IZVOARE ELECTRICE DE LUMIN

1. Probleme generale

Sursele moderne de lumin sunt dispozitive de utilizare ce convertesc energia electric n radiaii electromagnetice caracterizate prin (380..760)nm. Conversia energetic se realizeaz prin fenomenele de incandescen i luminiscen.

Incandescena const n emisia de radiaii vizibile ca urmare a creterii temperaturii unui corp numit radiator termic.

Luminescena este capacitatea materiei de a emite lumin atunci cnd particulele componente sunt excitate prin alte procedee dect cele termice i substanele ce prezint aceast proprietate se numesc luminofori.

In funcie de natura energiei primare, de excitaie, distingem: - fotoluminescena excitarea atomilor i moleculelor este provocat de

radiaiile electromagnetice de energie nalt (ultraviolete, raze X) i dup durata postluminescenei tp distingem substane fluorescente (tp10-9sec) i fosforescente (tp= sec, min) ;

- catodoluminescena agentul excitator este constituit dintr-un flux de electroni rapizi, cum ar fi cei din tuburile catodice ;

- rntgenoluminescena factorul excitator este radiaia X ce acioneaz asupra unui luminofor cu o anumit sensibilitate spectral ;

- chemiluminescena emisia de lumin are loc pe baza energiei degajate de reaciile chimice. Dac acestea sunt de natur biologic, fenomenul se numete bioluminescen i se ntlnete la unele nevertebrate abisale (peti, molute, cefalopode) precum i la licurici ;

- triboluminescena excitarea materiei are loc prin frecarea, ruperea sau scuturarea unor cristale, cum ar fi cele de zahr, sulfur de zinc activat cu mangan etc.

- electroluminescena excitarea materiei este produs de un cmp electric de curent continuu sau alternativ. Pe acest principiu funcioneaz diodele luminescente, lmpile cu descrcri electrice n gaze inerte i vapori metalici etc.

Lumina emis prin procedeele prezentate nu respect legile radiaiilor termice i din aceast cauz sursele luminescente sunt denumite i izvoare de lumin rece, indiferent de temperatura lor real de lucru. Menionm c din punct de vedere psihosenzitiv, funcie de compoziia spectral, lumina emis de o surs poate fi rece (bogat n radiaii violet, albastre, verzi) sau cald (bogat n radiaii galbene, portcalii, roii).

Diferena dintre cele dou fenomene const n modul de excitare al substanei i, implicit, n distribuia spectral e = f() a fluxului energetic e. Astfel, corpurile solide incandescente categorie n care se includ i lmpile incandescente au spectru de radiaii continuu, n timp ce substanele fluorescente prezint un spectru de linii sau de benzi.

Spectrele de radiaie, n special cele continue (fig.1.1), permit evaluarea urmtorilor indicatori ai surselor de lumin:

- randamentul optic SSdd abcdeeo == 021 [W/W] - efectul vizual util SSddVV aedeev == 2121 [Wl/W] - eficacitatea luminoas a sursei SSddV aedee 680680 0

2

1== [lm/W]

- eficacitatea luminoas a montajului [lm/W] n care: e - densitatea spectral de flux energetic, [W/m];

V - eficacitatea luminoas spectral relativ; 1 = 380 nm, 2 = 760 nm limitele domeniului vizibil al spectrului; STAS, PSTAS fluxul luminos i puterea electric standardizate ale sursei

de lumin, n [lm] i respectiv [W]; Pb pierderi de putere pe elementele auxiliare de circuit necesare

corectei funcionri a sursei de lumin, [W]. Din punct de vedere al compoziiei spectrale a luminii emise, sursele de

lumin se caracterizeaz prin: - temperatura de culoare Tc reprezint temperatura radiatorului integral la care

se obine o culoare asemntoare cu cea a sursei examinate; - temperatura de culoare corelat Tcc reprezint acea temperatur a radiatorului

integral la care culoarea acestuia se apropie cel mai mult de cea a sursei studiate. Sub aspect energetic, sursele de

lumin se caracterizeaz prin durata de funcionare D definit ca timpul dup care fluxul luminos scade la 80% din valoarea iniial. Dup depirea acestui timp, funcionarea lmpii devine neeconomic din punct de vedere energetic.

2. Lmpi cu incandescen

Lampa cu incandescen este un transformator de energie electric n energie luminoas. Conversia energetic se realizeaz pe baza efectului Joule-Lenz al curentului electric ce aduce la incandescen un filament metalic ce va emite att cldur ct i lumin. Ca element de circuit, lampa cu incandescen este un rezistor neliniar, inerial, cu o

V e

,[nm] 2 1 0

a

b

S

c e

d

2

1

Fig.1.1 Dependenele e=f() curba 1 i V=f() curba 2, pentru un radiator incandescent

1-2

caracteristic volt-amper simetric. Lmpile cu incandescen, dei prezint o mare varietate de tipuri

constructive, pot fi grupate n: - lmpi cu incandescen clasice - lmpi cu incandescen cu halogeni

2.1. Lmpile cu incandescen clasice Principalele elemente constructive sunt balonul din sticl, filamentul metalic

i soclul (fig.1.2). Balonul sau anvelopa lmpii are rolul de a evita contactul dintre aerul

atmosferic i filament. El are forme diferite (standard, sferic, lumnare, ptrat) n funcie de destinaia izvorului de lumin, dar n toate situaiile corespunde unei suprafee izoterme de cel mult 150C a filamentului lmpii.

Baloanele din sticl clar transmit n totalitate lumina, dar prezint o luminozitate ridicat, jenant. Din acest motiv se prefer baloanele din:

- sticl mat cu asperiti obinut pe cale chimic sau mecanic; - sticl lptoas ce are n compoziie oxizi de thoriu sau fosfor; - sticl opal (opalin) obinut prin acoperirea sticlei clare cu un strat de sili-

cai, sau prin includerea n masa sticlei a unor suspensii de ipsos, talc, oxizi de plumb etc.

- sticl opalizat prin procedee electrostatice sau prin depunerea unui strat subire de oxid de titan;

- sticl colorat i sticl de tip solar cu spectru corectat.

Sticlele mate, lptoase, opaline i opalizate sunt destinate confecionrii lmpilor cu lumin difuz ce asigur un microclimat luminos confortabil.

Soclul lmpii prezint diverse variante constructive (cu filet tip Edison, baionet tip Swan, neted tip sofit cu contacte la ambele capete ale lmpii de form cilindric) i asigur legtura mecanic i electric la dulia corpului de iluminat. n funcie de domeniul de utilizare i tipul constructiv al sursei de lumin, soclurile se confec-ioneaz din aluminiu, alam sau alam nichelat.

Filamentul lmpii se poate realiza din diverse metale greu fuzibile (tantal, rheniu, molibden, wolfram), dar se prefer wolframul

sau tungstenul caracterizat prin temperatur de topire ridicat (3665 K), rezisten mecanic bun, volatilizare redus la temperaturi nalte i ductibilitate apreciabil, fapt care permite obinerea prin trefilare a unor fire cu un nalt grad de uniformitate.

Pentru a evita oxidarea wolframului, baloanele lmpilor de mic putere - pn la 25W inclusiv - se videaz, iar temperatura de lucru a filamentului simplu spiralat este de 2400-2600 K. La temperaturi de lucru mai mari, procesul de volatilizare a filamentului se accelereaz i particulele ce se desprind de pe acesta ajung pe balonul lmpii, l opacizeaz i diminueaz eficacitatea luminoas, concomitent cu reducerea seciunii transversale a firului de wolfram.

Lmpile cu puteri mai mari de 25W au balonul umplut cu gaze inerte i filamentul dublu spiralat. Aceste msuri au permis creterea temperaturii de lucru a wolframului la cca. 2700 .. 3050 K, fr a diminua durata de funcionare a lmpii. n consecin, crete eficacitatea luminoas. Prezena gazelor inerte are dezavantajul c majoreaz pierderile de energie prin apariia fenomenelor de conducie i convecie termic. Gazele inerte frecvent utilizate sunt argonul (Ar) i azotul (N), n proporie de 2:1, iar presiunea de umplere este de 0,7 at, valoare ce ajunge la cca. 1 at n timpul funcionrii lmpii. Prezena azotului evit apariia arcului electric ntre intrrile de curent. nlocuirea argonului cu kripton (Kr), caracterizat prin greutate atomic mai ridicat (dei mai scump), are urmtoarele avantaje: pierderi termice mai mici, lumin cu grad de alb mai ridicat, dimensiuni reduse ale balonului de sticl la aceeai putere unitar a sursei de lumin.

Lmpile cu incandescen de utilizare curent se construiesc pentru tensiuni de 125/130, 220 i 230 V, au puteri de 15 .. 1000W, eficacitate luminoas de 10 .. 18 lm/W i o durat de funcionare de 1000 ore.

Not: n prezent se realizeaz o gam extrem de variat de lmpi cu incandescen pentru iluminatul interior sau exterior, dintre care citm:

- lmpi cu baloane opalizate, mtuite sau clare, umplute cu amestecuri N+Ar sau N+Kr;

- lmpi cu balon tip lumnare din sticl clar sau mtuit, cu suprafaa exterioar neted, torsadat (rsucit) sau cu model;

- lmpi cu balon cilindric opalizat de diametru (25, 37 mm) i lungime (210, 310mm) variabile, prevzute cu contacte electrice la capete (tip sofit);

- lmpi rezistente la temperaturi nalte (280, 300C) utilizate, printre altele, la iluminatul interior al cuptoarelor de aragaz cnd se deschide ua acestora;

- lmpi contra insectelor, destinate iluminatului balcoanelor, teraselor etc. La acestea, pe suprafaa exterioar a balonului se depune un strat special galben-portocaliu ce va difuza o lumin galben ce nu atrage insectele. Efectul este mai puternic dac n vecintate se monteaz o lamp cu balon clar, ce emite o lumin alb ce atrage puternic insectele.

- lmpi sferice colorate cu 0% cadmiu, n construcie cu filament ntrit, rezistente la intemperii i variaii de temperatur, cu soclu baionet. Balonul opalizat are o culoare vie (alb, galben, rou, albastru, verde, clar) cnd lampa este stins i conserv nuana de culoare cnd aceasta este aprins.

Toate lmpile mai sus prezentate sunt prevzute cu dou sigurane fuzibile ncorporate, dimensionate pentru puterea nominal a sursei de lumin.

n afara acestor izvoare de lumin se mai produc: - lmpi pentru tensiuni joase (12, 24, 36 V) destinate iluminatului local sau

Fig. 1.2 Lamp cu incandescen clasic 1 - filament, 2 - crlig molibden, 3 - lentil,

4 - bastona, 5 - disc sticl, 6 - balon, 7 - tub evacuare, 8 electrozi nichel, 9 - soclu Edison, 10 - soclu Swan

1-3

corpurilor de iluminat portative; - lmpi pentru autovehicule n construcie ntrit, varianta Rezista, cu soclu

tip baionet. Pentru faruri se realizeaz becuri cu dou faze, care au dou filamente cu alimentare independent;

- lmpi cu spectru bogat n infrarou, lmpi pentru proiectoare etc.

2.2 Lmpi cu incandescen cu halogeni Performanele lmpilor cu incandescen clasice sunt limitate de volatilizarea

intens a filamentului la temperaturi ridicate. n vederea diminurii acestui proces, concomitent cu mrirea duratei de funcionare i a puterii unitare, au fost concepute i realizate lmpile cu incandescen cu halogeni.

Constructiv, lmpile cu halogeni sunt constituite dintr-un tub cilindric de cuar (material care rezist la temperaturi ridicate), un filament axial din wolfram dublu spiralat i un gaz de umplere (Ar+N, Kr+N, n ultimul timp Kr+Xe) ce conine o cantitate bine determinat de halogen (fig. 1.3)

n condiii de temperatur date, ntre substana halogen Z i wolfram, apar reacii chimice echilibrate cu caracter ciclic, ce se desfoar astfel:

- la temperaturile relativ joase din vecintatea pereilor lmpii, atomii de halogen se combin cu particulele de tungsten expulzate de pe filament i rezult o halogenur volatil

W + nZ WZn - moleculele de halogenur de wolfram, datorit agitaiei termice, ajung n

vecintatea filamentului unde temperaturile ridicate favorizeaz reaciile de descompunere:

WZn W + nZ n acest fel, wolframul eliberat se redepune pe filament, iar substana

halogen devine liber chimic i apt pentru o nou reacie. Procesul descris este repetitiv, iar sursele de lumin care-l utilizeaz se numesc lmpi cu ciclu regenerator sau ciclu regenerativ.

n majoritatea cazurilor, substana halogen este iodul (I) sau bromul (sub form de bromur de metil CH3Br sau bromur de metilen CH2Br2), de unde denumirea de lmpi cu incandescen cu ciclu regenerativ de iod. Reaciile chimice descrise anterior pot fi puse sub forma:

226001400

12006002 WIIW

C

C

+

..

..

cu precizarea c zonele de formare i de descompunere a iodurii de wolfram sunt separate printr-o suprafa izoterm de cca. 1300C (fig. 1.4).

Particulele de wolfram nu se depun n acelai loc de unde au fost expulzate. Filamentul are zone cu temperaturi diferite, astfel c, n poriunile mai calde, evaporarea materialului este mai intens i depunerile mai puin accentuate. n zonele cu temperaturi mai sczute fenomenele se petrec invers i astfel apare un transfer axial de wolfram. Din aceast cauz filamentul se deformeaz n timp i n cele din urm se rupe.

Comparativ cu lmpile cu incandescen clasice, lmpile cu ciclu regenerativ de iod se caracterizeaz prin:

- flux luminos constant pe ntreaga durat de funcionare, care este de 2000 de ore;

- absena nnegririi balonului; - eficacitate luminoas de 28..35 lm/W, la puteri unitare de pn la 10 kW ; - temperatura de culoare Tc = 2900 K asigur o bun redare a culorilor; - dimensiuni de gabarit reduse la puteri mari, ceea ce conduce la noi

aspecte estetice ale instalaiilor de iluminat interior, n special; - temperatura de regim a balonului este de 600..900C, de unde necesitatea

confecionrii acestuia din cuar - contactele au temperaturi de lucru de 200..300C i implic socluri de

porelan sau calit; - poziia de montaj a lmpii arbitrar sau preferenial va fi indicat de

productor, pentru a asigura repartiia optim a iodului n timpul funcionrii; - la manevrarea lmpii se interzice contactul balonului cu epiderma, altfel

acizii grai ce rmn pe balon conduc la devitrificarea cuarului n timpul funcionrii i la distrugerea lmpii;

- intrrile de curent sunt prevzute cu fuzibile ncorporate n soclu, ceea ce previne apariia arcului electric n lamp la ntreruperea filamentului.

Not: Necesitile practice au impus o multitudine de tipuri i variante constructive, din care se menioneaz:

- lmpi cu halogeni a cror tub de cuar este protejat de un balon de sticl clar sau opalizat, ceea ce faciliteaz manevrarea sursei de lumin;

- lmpi cu halogen cu reflector din sticl presat i emisie nul de radiaii ultraviolete;

- lmpi cu reflector din sticl dicroic, nchis n sticl transparent, cunoscute sub denumirea comercial de spoturi luminoase. Aceste miniproiectoare au puteri de 20, 35, 50W i sunt alimentate de preferin la tensiuni reduse (12V) furnizate de transformatoare speciale. Menionm cu aceast ocazie c oglinda dicroic are proprietatea de a reflecta radiaia luminoas i a lsa s treac radiaia infraroie. Rezult o surs de lumin rece din punctul de vedere al energiei vehiculate de fascicolul luminos, comparativ cu celelalte lmpi. Spoturile cu reflector de aluminiu au o temperatur a acestuia de 450C, cca. 250C pe geamul de nchidere al sistemului optic i aproximativ 250C la soclu.

Fig.1.3 Lamp cu ciclu regenerativ de iod 1 intrare curent, 2 tub cuar, 3 filament de wolfram,

4 suport filament, 5 amestec gaz umplere i iod

Fig.1.4 Explicativ la reacia halogen-wolfram 1 tub cuar, 2 filament wolfram,

-atom wolfram, - atom iod, - molecul WI2

1-4

- lmpi cu filament axial pentru montarea n reflectoare speciale, cu sau fr sticl de protecie. La ceste surse temperaturile admisibile sunt de 900C pe balon, 350C n zonele ngustate ale acestuia i 300C pe contactele cilindrice. Temperatura ridicat a balonului presupune adoptarea de msuri suplimentare din punct de vedere al normelor de prevenire i stingere a incendiilor n cldirile civile i industriale.

3. Lmpi fluorescente cu vapori de mercur la joas presiune

3.1 Descrcri electrice n gaze inerte i vapori metalici Descrcarea electric este un proces de trecere al curentului printr-un

dielectric n prezena unui cmp electric exterior. La gazele reale fenomenul este posibil datorit preexistenei purttorilor de sarcin (ioni pozitivi i negativi, electroni) generai de cauze naturale (radiaia cosmic, teluric, atmosferic). Astfel, ntr-o incint cilindric de sticl (fig. 1.5) umplut cu gaz inert la joas presiune i prevzut la capete cu doi electrozi plan-paraleli, purttorii de sarcin au o micare haotic i n circuitul exterior nu avem curent electric. Dac la bornele tubului se aplic o tensiune U deplasarea sarcinilor electrice devine ordonat i n circuitul considerat apare curentul I.

Mobilitatea ridicat a electronilor conduce la contacte electron-atom i, n funcie de energia schimbat la impact, deosebim ciocniri elastice i neelastice. Ciocnirile elastice mresc numai energia cinetic a atomului i, n consecin, va crete temperatura mediului de descrcare. Ciocnirile neelastice majoreaz energia intern a atomului i acesta se excit (simplu sau n trepte) sau chiar ionizeaz. Strile de excitaie dureaz puin (10-8... 10-9 s) i la revenirea electronului pe orbita stabil, radiaia emis va avea o lungime de und mai mare sau cel mult egal cu cea a radiaiei incidente, deci poate aparine i domeniului vizibil al spectrului, de unde luminescena gazului.

Gradul de luminescen este puternic dependent de presiunea i compoziia mediului de descrcare. Astfel, o descrcare n gaze inerte i vapori de mercur la joas presiune (0,01...0,1 mm Hg) conduce la un spectru de emisie bogat n radiaiile de rezonan ale mercurului 1=184,9 nm i 2=253,7 nm. Dac presiunea crete radiaiile de rezonan se reduc (sunt absorbite de gaz) i cresc cele luminoase datorate excitrii n trepte a atomilor de mercur. Eficacitatea luminoas [lm/W] a descrcrii n vapori de mercur prezint un minim n domeniul

presiunilor medii (fig. 1.6), fiind ridicat la joas (JP) i nalt (IP) presiune. Eficacitatea luminoas a descrcrii la joas presiune crete apreciabil (ramura punctat) dac pe peretele interior al lmpii se depune un strat de luminofor.

Dac tubului de descrcare (fig. 1.5) i se aplic o tensiune continu, cresctoare, atunci se poate obine o dependen U=f(I) numit caracteristica static a descrcrii n gaze inerte i vapori metalici (fig. 1.7) ce prezint mai multe poriuni i anume :

Zona 0A curentul din circuit respect legea lui Ohm i este generat de purttorii de sarcin preexisteni n tub ;

Zona AB la creterea tensiunii la bornele tubului apare un exces de purttori de sarcin ce conduc la curentul de saturaie Is=IB ce nu respect legea lui Ohm ;

Zona BC la tensiunea U > UB ciocnirile neelastice conduc la ionizarea prin oc a gazului, descrcarea capt un caracter de avalan i se numete lent (ntunecat, Towsend), fiind fr emisie de lumin. n momentul n care U = Ua= UC descrcarea devine luminescent i aceasta este tensiunea de aprindere sau strpungere a gazului de umplere ;

Zona CD n vecintatea catodului apare sarcina spaial pozitiv, ceea ce conduce la o dependen U=f(I) cu pant negativ numit descrcare subnormal n licrire, iar n tub se observ o succesiune de poriuni luminoase i ntunecate ;

Zona DE tensiunea ntre electrozi rmne constant deoarece densitatea de curent catodic se conserv i avem o descrcare luminescent normal. Pe aceast poriune a caracteristicii U=f(I) lucreaz lmpile cu electrozi reci ;

Zona EF - descrcarea luminescent devine anormal, iar bombardamentul ionic intens la care este supus catodul conduce la emisiunea termoelectronic a acestuia ;

Zona FH gazul din tub este complet ionizat i apare descrcarea n arc electric, la care dependena tensiune curent este cu pant negativ. Pe acest domeniu lucreaz lmpile cu electrozi calzi de joas presiune (FG) i nalt presiune (GH...).

3.2 Construcia lmpilor fluorescente Lmpile fluorescente sunt surse de lumin moderne ce utilizeaz

fenomenele de electro- i fotoluminescen, ca urmare a descrcrilor electrice n gaze inerte i vapori de mercur la joas presiune.

O astfel de surs de lumin se compune (fig. 1.8) dintr-un cilindru de sticl de forme diferite (liniar, circular, U etc.) a crui lungime (L100...2400mm) i diametru (=10...58mm) depinde de puterea izvorului de lumin (P=4...200 W). Pereii, la interior, sunt acoperii cu pudr fluorescent, la capete se prevd doi electrozi, iar tubul este umplut cu gaz inert la joas presiune i cteva miligrame de

Fig. 1.5 Lamp cu descrcri alimentat n c.c.

R

us

I

+

U

Fig.1.6 Dependena ( )pf= n vapori demercur la curent constant I = 4A

JP

IP

lg p

3 [mmHg]20 1-1 -2

20

40

60

Wlm

Fig. 1.7 Caracteristica static U = f(I) a descrcrii n gaze inerte i vapori metalici

U

0

-9 -7 -5 -3 -1 0 1 [A]

75

150

225

[V]

lg I A

B C

D E

F

G

H

-11

1-5

mercur lichid i n stare de vapori. Electrozii de tip preactivat sunt filamente de wolfram dublu spiralate

acoperite cu oxizi alcalino-pmntoi ce au o puternic emisiune termoelectronic la temperatura de regim (900C) a catozilor.

Gazul de umplere, argon la o presiune de 3...4 mmHg , are rolul de a uura amorsarea descrcrii, fiind uor ionizabil. n regim normal de funcionare a lmpii, la o temperatur a mediului ambiant de a=20C, presiunea parial a atomilor de mercur este de cca. 0,01 mmHg ceea ce favorizeaz emisia radiaiilor de rezonan ale mercurului cu 2=253,7 nm. Se observ c vaporii de mercur la joas presiune sunt o surs economic de radiaii ultraviolete ce pot fi convertite n radiaii vizibile de ctre un luminofor convenabil ales.

Pudra fluorescent are n structur o substan de baz (luminoforul propriu-zis), un activator metalic i o substan auxiliar. Aceste materiale, bine omogenizate, se topesc la temperaturi ridicate, apoi se macin i rezult un amestec pulverulent a crui cristale sunt de ordinul micronilor (2...4m). Pudra fluorescent, mpreun cu un liant (nitroceluloz) formeaz o past fluid ce se depune pe peretele interior al lmpii.

n calitate de luminofori se utilizeaz diveri silicai, wolframai sau borai ce au fluorescene diverse (galben-verzui, albastru, roietic etc). Halogenofosfaii sunt luminofori moderni, de mare randament, cu o fluorescen de culoare alb. Luminoforii pe baz de pmnturi rare (europiu) au o bun stabilitate termic, randament ridicat i emit o lumin cald, din punct de vedere psihosenzitiv.

Apariia luminescenei la solide este condiionat, n general, de prezena unei mici cantiti dintr-un element strin (metal greu) numit activator ce are rolul de a crea defecte de structur (capcane) n cristalul de luminofor. Activatorul metalic substituie un atom din reeaua cristalin a luminoforului (fenomen similar doprii semiconductoarelor) i nivelul energetic responsabil de luminescen i are originea n atomii activatorului.

Pentru a mri factorul de transmisie al amestecului luminofor-activator metalic, n acesta se adaug o substan auxiliar (fondant CaF2, NaCl) ce are rolul de a favoriza apariia microcristalelor complexe de luminofor.

Calitativ, luminoforul trebuie s aib : randament ridicat la conversia ultraviolet-vizibil, transparen pentru radiaiile vizibile, fluorescen maxim la +20C, factor spectral de absorbie ridicat n ultraviolet, stabilitate chimic la temperatura din lamp i proprieti colorimetrice corespunztoare scopului propus.

3.3 Dispozitive de pornire reglare Punerea n funciune a lmpilor fluorescente se face la o tensiune mai mare

dect cea de regim (tensiunea de aprindere), iar dup amorsarea descrcrii n arc se impune limitarea curentului prin lamp. Aceste condiii de amorsare i stabilizare a descrcrii se realizeaz cu ajutorul unor elemente auxiliare de circuit, numite generic dispozitive de pornire-reglare i constituite din starter i balast.

Starterul are rolul de a asigura prenclzirea filamentelor i de a ntrerupe, dup un anumit timp, curentul acestora. El se prezint sub diverse forme constructive i una din variantele larg utilizate este starterul cu licrire. Acesta (fig. 1.9) se compune dintr-un tub de sticl umplut cu gaz inert (Ne, Ar) la joas presiune i prevzut cu doi electrozi, unul fix (din nichel) i cellalt mobil (din bimetal). Dup principiul de funcionare, starterul descris este o lamp cu electrozi reci ce lucreaz n regim de licrire normal, iar dup funcia de circuit ndeplinit este un contact normal deschis cu temporizare la nchidere.

Pentru corecta funcionare a montajelor cu starter este necesar ca ntre tensiunile : Ust de amorsare a starterului, Ul de regim a lmpii i Us a reelei de alimentare s existe relaia :

Ul < Ust < Us Balastul sau aparatul de preconectare are rolul de

a asigura supratensiunea de amorsare a lmpii la ntreruperea circuitului de filamente de ctre starter i de a menine stabil punctul de funcionare al descrcrii n arc. n curent alternativ balastul este o impedan cu caracter inductiv (BI- balast inductiv) sau capacitiv (BC- balast capacitiv), a crei element principal este o bobin cu miez de fier i ntrefier. Caracteristica static Ub= f(I) a balastului este uor neliniar (fig. 1.10), iar caracteristica extern Ube2= f(I) puternic cztoare (fig. 1.11).

Stabilizarea descrcrii n arc corespunde punctului de intersecie al caracteristicilor Ube2= f(I) i Ul2= f(I) pentru care este valabil relaia Ul2 + Ube2Us2 (punctul A din fig. 1.11).

3.4 Funcionarea lmpilor fluorescente n montaje cu starter cu licrire

S considerm (fig. 1.12) un balast inductiv BI nseriat cu o lamp fluorescent LF ale crei filamente F sunt interconectate prin starterul S.

La conectarea montajului la reea, tensiunea de alimentare us se regsete la bornele starterului i n acesta se amorseaz o descrcare normal n licrire ce va nclzi gazul inert. De la acesta se nclzete bimetalul, care se dilat i, n final, nchide

Fig. 1.8 Lamp fluorescent liniar 1 soclu, 2 argon, 3 perete de sticl, 4 pudr fluorescent, 5 filament, 6 - mercur

L

12 3 4 56

Fig. 1.9 Starter cu licrire 1 tub sticl, 2 electrod mobil, 3 electrod fix, 4 caset PVC, 5 born, 6 plac borne, 7-condensator

7 6 5

4

3

21

Fig. 1.12 Montaj cu balast inductiv

S

FF LF

BI

e ++ us

i

1-6

contactul normal deschis. Curentul din circuitul + us, F, S, F, BI, - us nclzete puternic filamentele i pregtete lampa fluorescent pentru amorsare (se ionizeaz gazul inert i se vaporizeaz mercurul).

ntre timp, gazul din starter se rcete, bimetalul revine n poziia iniial i ntrerupe brusc circuitul de filamente. Variaia rapid di/dt a curentului prin balast genereaz o tensiune de autoinducie e=d/dt de valoare ridicat (1000..1200 V). Dac n momentul ntreruperii circuitului de filamente se consider pentru mrimile us i e polaritile din figur, atunci tensiunea aplicat tubului fluorescent va fi us+e>Ua ceea ce conduce la amorsarea cvasi-instantanee a descrcrii n regim de arc.

3.5 Tipuri constructive de lmpi fluorescente de joas presiune Tipurile constructive de lmpi fluorescente se pot clasifica dup diverse

criterii, dar unul din cele mai uzitate este cel al destinaiei i n concordan cu acesta deosebim lmpi fluorescente de uz general i lmpi fluorescente speciale.

a) Lmpile fluorescente de uz general se caracterizeaz prin eficaciti luminoase ridicate (=45...95 lm/W), gam larg de temperaturi de culoare corelate (Tcc=2700...6500 K), un indice ridicat de redare al culorilor (IRC=66...95) i o durat de via apreciabil (D=6000...8000 ore). Tipodimensiunile frecvent ntlnite sunt urmtoarele :

Lmpi liniare normale cu un 26 i 38 a cror puteri normalizate sunt de P=18,36 sau58 W i respectiv P=20,40 sau 65 W. n ar se produc lmpi cu 38 n variantele: aprindere cu starter (simbol LFA pentru a+5C i LFB dac a

1-7

9 crearea unui punct rece n sistemul termodinamic al lmpii prin ecranarea soclului filamentelor (fig. 1.13-c), realizarea unei proeminene la mijlocul tubului (fig. 1.13-d) sau modificarea raportului seciune transversal / suprafaa lateral prin realizarea de mici adncituri de-a lungul tubului (fig. 1.13-e).

- lmpi fluorescente colorate ce utilizeaz luminofori speciali i, eventual, sticle filtrante. Se recomand la iluminatul discotecilor, barurilor, la efecte speciale etc.

- lmpi fluorescente actinice cu o distribuie spectral specific necesar aparatelor heliograf (spectru bogat n radiaii albastre i ultraviolete apropiate) sau pentru stimularea creterii plantelor (spectru bogat n radiaii roii i albastre).

- lampa de inducie (fig. 1.13-f) se caracterizeaz prin aceea c ionizarea mediului de descrcare are loc datorit curenilor indui n gazul inert de ctre un cmp magnetic de frecven ridicat (2,65 MHz) generat de o bobin plasat n sursa de lumin. Tubul de descrcare este un balon de sticl similar celuia de la lmpile cu incandescen i este acoperit, la interior, cu o pudr fluorescent normal. Lmpile au ca date de catalog: amorsare instantanee n plaja a=20...+55C, P= 55 85 W, =65 70 lm/W, Tcc = 3000 .. 4000K, IRC 90 i D= 60000 ore.

4. Lmpi cu descrcri n vapori de mercur

Clasificarea acestor izvoare de lumin se face dup presiunea vaporilor metalici din timpul funcionrii i conform acestui principiu deosebim:

- lmpi cu vapori de mercur la joas presiune; - lmpi cu vapori de mercur la nalt presiune.

4.1 Lmpi cu vapori de mercur la joas presiune Lampa cu vapori de mercur la presiunea de circa 0,01 torr este o surs de

radiaii ultraviolete (=180..400 nm) i are o construcie similar lmpii fluorescente cu vapori de mercur la joas presiune. Deosebirea const n tubul de descrcare ce este din sticl special, transparent la radiaii ultraviolete, mtuit pe interior pentru uniformizarea fluxului energetic.

Conectarea la reea se face prin dispozitive de pornire-reglare (starter, balast) clasice sau electronice. Domeniile de utilizare sunt diverse: analize luminiscente, tratamente antirahitice i antiseptice, procese fotochimice, reacii de polimerizare etc. Lmpile au puteri de P = 6124 W la o durat de funcionare D=20008000 ore.

Lampa cu vapori de mercur la presiunea de circa 1 torr este o surs de radiaii monocromatice galben-verzui (=557577,9nm) cu o culoare dominant albastr-verzuie.

Lampa (fig. 1.14) se compune dintr-o incint cilindric de sticl 1, n care se introduce un gaz inert (argon, neon) la joas presiune i cteva miligrame de mercur. La capetele acestui tub de descrcare se plaseaz electrozii principali E1

i E2 (filamente dublu spiralate din tungsten) acoperite cu materiale termoemisive (oxizi de bariu, stroniu, calciu). n vecintatea unuia din electrozii principali, E1, se dispune electrodul auxiliar E3, conectat prin rezistena de limitare R=25 k la cellalt electrod principal. Ansamblul descris, inclusiv cile de curent 2 i elementele de susinere 3, se protejeaz de aciunea distructiv a mediului prin balonul cilindric 4, din sticl clar. Spaiul dintre cele dou incinte se umple cu gaz inert (argon, azot) ce are rolul de a uniformiza temperatura tubului de descrcare n regim normal de funcionare i de a evita apariia arcului electric ntre intrrile de curent. Balonul de sticl are la unul din capete soclul filetat 5.

Conectarea la reea se face prin intermediul balastului B (bobin cu miez de fier i ntrefier) i, eventual, a capacitorului C care asigur un factor de putere ridicat al circuitului. Amorsarea descrcrii decurge n dou etape i anume:

- la punerea sub tensiune a montajului apare o descrcare n regim de licrire ntre electrozii E1 i E3, iar curentul din circuit asigur att ionizarea argonului, ct i o puternic emisiune termoelectronic a electrodului E1;

Fig. 1.13 Tipuri constructive de lmpi fluorescente speciale 1-tub sticl, 2-strat reflectorizant, 3-luminofor, 4-band metalic, 5-ecran

1

3 2

a

1 3 5 c

e

A

A Secuine A- A

b

4

d f

4

E2

3

2

1

E1

E3

R

5

~

B

C

Fig. 1.14 Lamp cu vapori de mercur la joas presiune

1-8

- n faza urmtoare, datorit ionizrii intense a mediului, apare arcul electric ntre electrozii principali, mercurul se vaporizeaz i prin excitarea vaporilor si n cmp electric se emit radiaiile monocromatice galben-verzui. Descrcarea n regim de licrire ntre E1 i E3 nceteaz deoarece rezistena spaiului E1-E2 este mult mai mic dect rezistena de limitare R.

Durata proceselor tranzitorii, prin care se nelege timpul dup care fluxul luminos al lmpii ajunge la 80% din valoarea nominal, este de 67 minute. Dac n timpul funcionrii apare un gol de tensiune, lampa se stinge iar reaprinderea este posibil dup 35 minute (spaiul de lucru se rcete i ajunge la presiunea corespunztoare amorsrii descrcrii n licrire).

Poziia de funcionare a sursei este precizat de productor, iar nerespectarea acesteia conduce la curbarea arcului electric (sub aciunea curenilor termici convectivi) i la nmuierea sticlei n zona respectiv.

Lmpile cu descrcri n vapori de mercur la joas presiune au puteri cuprinse n gama P=801000 W, eficaciti luminoase de =3040 lm/W, durate de

funcionare D=3000 ore i se recomand numai pentru iluminatul exterior deoarece au un indice de redare a culorilor IRC de valoare sczut.

4.2 Lmpi cu vapori de mercur la nalt presiune

Lampa cu vapori de mercur la nalt presiune (fig. 1.15) are ca principal element constructiv un tub de descrcare 1 din sticl de cuar transparent la radiaii ultraviolete i rezistent la temperatura de regim a arcului electric. n tub se introduce un gaz inert (argon) la joas presiune (civa torr) i mercur (10..300 mg n funcie de puterea lmpii), iar la capete se prevd electrozii principali E1, E2 i electrodul secundar E3. Electrodul principal este constituit dintr-o baghet metalic pe care se nfoar un filament de wolfram dublu spiralat i acoperit cu material termoemisiv. Electrodul secundar este o srm de wolfram sau molibden plasat n vecintatea unui electrod principal i conectat galvanic la cellalt electrod principal prin rezistena de limitare R=25 k.

Tubul de descrcare, elementele de susinere 2, cile de curent 3 i rezistenele de limitare se introduc ntr-un balon ovoidal de sticl 4 a crui form

corespunde cu una din izotermele (~350oC) cilindrului de cuar. Balonul 4 este umplut cu gaz inert (argon, argon+azot) ce ajunge la presiunea atmosferic n timpul funcionrii lmpii.

Anvelopa de sticl 4 are funciuni multiple i anume: protejeaz elementele componente ale sursei de aciunea distructiv a factorilor de mediu; asigur echilibrul termic al descrcrii n arc prin uniformizarea pierderilor convective, deci independena funcionrii de temperatura mediului ambiant; absoarbe radiaiile ultraviolete i permite modificarea caracteristicilor fotometrice ale descrcrii; diminueaz, prin mtuirea suprafeei interioare, luminana ridicat a tubului de descrcare (circa 600 sb).

Lampa este prevzut cu un soclu metalic 6 cu filet E27 sau E40 (la puteri mari) a crui temperatur este de maximum 200 oC, respectiv 250 oC.

Racordarea la reea se face prin intermediul unui balast inductiv B, iar aprinderea lmpii are loc n dou etape, ca i n cazul lmpilor de joas presiune. Descrcarea n regim de licrire ntre electrozii E1-E3 are loc la o tensiune de 1020 V i sub un curent de circa 1,61,8 ori curentul nominal, ceea ce asigur ionizarea gazului inert i o puternic emisiune termoelectronic a electrodului principal E1. n momentul n care presiunea n tub ajunge la circa 20 torr, rezistena electric a spaiului E1-E2 devine mai mic dect rezistena de limitare R, iar descrcarea se comut ntre electrozii principali E1-E3 i apare arcul electric. Dup aproximativ 510 minute se ajunge la regimul stabilizat de funcionare caracterizat printr-o presiune de 215 at n tubul de cuar, o temperatur n coloana arcului de 8001200 oC i o tensiune pe lamp de 115135 V.

Lampa cu vapori de mercur la nalt presiune i balon fluorescent sau lampa fluorescent cu vapori de mercur la nalt presiune se obine prin depunerea pe peretele interior al balonului de sticl a unui strat 5 de pudr fluorescent (fluogermanat de magneziu, ortovanadat de ytriu) cu o puternic emisie n domeniul rou al spectrului (v.fig. 1.15). Aceste radiaii sunt complementare celor ale mercurului i lampa are o lumin alb cu Tcc=3300..4300 K i IRC=40..60. Lmpile se caracterizeaz prin: P=50..1000 W, =35..55 lm/W, D=16000..24000 ore i se recomand la iluminatul public, al terenurilor de sport, al halelor industriale nalte i acolo unde se cer fluxuri luminoase mari, relativ concentrate i nu se impun condiii de redare precis a culorilor.

Simbolizarea lmpilor de acest tip produse n ar se face prin grupul de litere LVF la care se ataeaz un numr ce reprezint puterea standardizat a sursei. Gama de produse autohtone este LVF 80, LVF 125, LVF 250, LVF 400.

Lampa fluorescent cu vapori de mercur la nalt presiune i balon oglindat are anvelopa de forma unui paraboloid de rotaie, partea frontal este din sticl clar, iar restul balonului este acoperit, la interior, cu un strat reflectant (dioxid de titan) pe care se depune pulberea fluorescent. Fluxul luminos este emis intr-un unghi de steradiani, cu intensitatea luminoas maxim dup axa unghiului solid i mult mai mare dect n cazul lmpilor standard. Sursele se caracterizeaz prin: P=125..1000 W, =45..55 lm/W, Tcc=3900..4200K, IRC=36..40, D=16000..24000 ore. Se recomand pentru instalaii ce utilizeaz n mod curent lmpi cu vapori de mercur, dar unde iluminatul direct trebuie s fie preponderent, ca de exemplu: hale industriale nalte, sere agricole, triaje de cale ferat, zone perimetrale importante...

Simbolizarea lmpilor de acest tip produse n ar se face prin grupul de

3

E2

1

E1

2

3

6

~

E3

4

2

5

R

B

C

Fig. 1.15 Lamp cu vapori de mercur la nalt presiune

1-9

litere LVO la care se ataeaz un numr ce reprezint puterea standardizat a sursei. Gama de produse autohtone este LVO 250 i LVO 400.

Lampa cu lumin mixt (fig. 1.16) este o lamp fluorescent cu vapori de mercur la nalt presiune la care balastul a fost nlocuit printr-un filament de wolfram dublu spiralat 7 montat n balonul protector din sticl. Filamentul stabilizeaz descrcarea i este n acelai timp o lamp cu incandescen normal, ceea ce face ca ntreg ansamblul s aib o compoziie spectral mai bun dect cea a lmpii fluorescente cu vapori de mercur la nalt presiune.

Eficacitatea luminoas a sursei este ridicat atunci cnd fluxul luminos al tubului de descrcare 1 este egal cu cel al filamentului 7 i pentru aceasta este necesar ca puterea electric aferent lmpii incandescente s reprezinte circa 60% din puterea total absorbit. Lampa cu lumin mixt se racordeaz direct la reea i are o aprindere instantanee datorit filamentului incandescent ce asigur fluxul luminos n perioada stabilizrii descrcrii, a crei durat este de circa 3 minute.

Sursele descrise se caracterizeaz prin: P=100..500 W, =10..26 lm/W, Tcc=3500..3800K, IRC=50..60, D=6000 ore, cos =0,9. Se recomand la iluminatul cilor rutiere, al halelor industriale nalte i al altor spaii similare unde se cer fluxuri luminoase concentrate i o bun redare a culorilor. Durata de funcionare mult mai ridicat dect cea a lmpilor cu incandescen standard se explic prin temperatura de lucru mai sczut a filamentului i prin creterea presiunii gazului inert din balonul protector de sticl.

Lampa cu halogenuri metalice are o construcie similar cu cea a lmpii cu vapori de mercur la nalt presiune, dar difer de aceasta prin coninutul tubului de descrcare. Aici, alturi de mercur i argon, se introduc halogenuri ale metalelor alcaline (sodiu) sau alcalino-pmntoase (taliu, iridiu, dysprosiu, holmiu), iar electrodul auxiliar este suprimat. La temperatura de regim a lmpii, halogenurile sunt parial vaporizate i cele din coloana arcului disociaz. Atomii metalici astfel obinui sunt excitai i vor emite radiaiile de rezonan specifice. Datorit agitaiei

termice, aceti atomi se deplaseaz spre pereii tubului unde se recombin cu halogenul datorit temperaturii mai sczute. Procesele de disociere-recombinare a metalului cu halogenul sunt identice cu cele din lmpile incandescente cu ciclu regenerativ de iod.

Lmpile pentru iluminat folosesc ioduri de taliu i sodiu, a cror radiaii de rezonan dau o lumin verde-portocalie, iar dac se adaug i iodura de indiu spectrul de emisie va conine i radiaii albastre. Iodurile de holmiu i dysprosiu asigur o bun redare a culorilor, dar diminueaz eficacitatea luminoas a sursei. Prezena iodurilor metalice are ca rezultat diminuarea radiaiilor mercurului pe ntregul spectru, ca urmare a emisiei metalelor din structura halogenurilor. Anvelopa protectoare este din sticl clar de form cilindric sau ovoidal, iar n unele cazuri aceasta din urm este prevzut, la interior, cu un strat de material fluorescent. Poziia de funcionare a lmpii este vertical, din aceleai considerente expuse la lmpile cu vapori de mercur la joas presiune.

Tensiunea de iniializare a descrcrii n lamp la temperatura mediului ambiant (+20oC) este relativ ridicat (250..500V) datorit presiunii sczute a vaporilor din tubul de descrcare. De aceea, schemele de conectare la reea sunt prevzute cu dispozitive de amorsare denumite ignitere, prin intermediul crora se aplic lmpii un impuls de nalt tensiune. Acesta poate fi generat prin ntreruperea rapid a unui circuit inductiv (la igniterele cu bimetal), prin ncrcarea-descrcarea unui condensator sau cu ajutorul unui transformator de impuls (la igniterele electronice).

Igniterul termic IT sau cu bimetal (fig. 1.17) se compune dintr-un balon de sticl 1 n care se dispune rezistorul 2 i lamela bimetalic 3 a crei poziie de repaus realizeaz contactul normal nchis 4. La punerea sub tensiune a montajului, balastul inductiv B este conectat la reea prin contactul 4, lamela 3 i rezistorul 2. Cldura degajat de rezistor permite dilatarea bimetalului care va deschide, dup circa 30 secunde, contactul 4. Ca urmare, la bornele lmpii va apare un impuls de tensiune de 800..3800 V (dat de e+u, cu e= -d/dt tensiunea de autoinducie , u - valoarea instantanee a tensiunii reelei) care amorseaz descrcarea n lamp. Curentul de regim al lmpii parcurge rezistorul 2, ceea ce permite meninerea deschis a contactului 4, dar conduce la un consum suplimentar de energie. Condensatorul C1 asigur ameliorarea factorului de putere al montajului, iar capacitorul C2 nltur propagarea perturbaiilor radiofonice generate la deschiderea contactului 4.

3

4

2

1

IT

400V~

L C2 C1

B

Fig. 1.17 Montaj cu igniter termic

Fig. 1.16 Lampa cu lumin mixt

E3

5

E1

1

E2

3

4

R

6

2

~

3

7

1-10

Igniterul electronic IE (fig. 1.18) funcioneaz pe principiul ncrcrii-descrcrii unui condensator printr-o bobin cnd se utilizeaz un dispozitiv de comutaie semiconductor. Astfel, la deschiderea tiristorului T1 circuitul B-C1 lucreaz la cvasi-rezonan i supratensiunea de circa 800V de la bornele condensatorului se aplic lmpii L care va amorsa. Conducia tiristorului se realizeaz cu diacul D2 ce este comandat de descrcarea capacitorului C2. Dup aprinderea lmpii tensiunea de arc este insuficient pragului de funcionare al tiristorului i igniterul iese din funcionare. Poteniometrul P va stabili unghiul de deschidere al diacului D2, iar dioda D1 are rol de protecie.

Lmpile cu halogenuri metalice se caracterizeaz prin P=70..1000 W, =70..140lm/W, D=20000ore, Tcc=3000..4900K, IRC=65..85 ceea ce le recomand pentru iluminatul interior (comercial, de divertisment) i mai ales exterior (terenuri sportive, faade) n cazul transmisiilor TV color.

Schemele de montaj n reelele monofazate se realizeaz astfel nct conductorul de faz s fie conectat la balast, iar cel de nul la soclul lmpii. Durata proceselor tranzitorii este de 3..5 minute, funcie de puterea lmpii, iar redarea corect a culorilor are loc dup 10..15 minute de la atingerea regimului staionar, timp necesar vaporizrii i disocierii iodurilor din tubul de descrcare. Dac n timpul funcionrii apar goluri de tensiune, reamorsarea descrcrii este posibil dup circa 10 minute. Temperatura de regim a anvelopei este de 450..650oC, funcie de puterea unitar, iar a soclului de 200oC la cele cu filet E27 i 250oC la cele cu filet E40.

5. Lmpi cu descrcri n vapori de sodiu

Clasificarea acestor izvoare de lumin se face dup presiunea vaporilor metalici din timpul funcionrii i conform acestui principiu deosebim:

- lmpi cu vapori de sodiu la joas presiune; - lmpi cu vapori de sodiu la nalt presiune. Descrcrile electrice n vapori saturai de sodiu (metaloid cu temperatura

de topire de circa 98oC) au eficaciti luminoase maxime dac presiunea parial a vaporilor este joas (0,005..0,010 torr ) sau nalt (100..200 torr).

La joas presiune funcionarea are loc la o temperatur de 250..270oC a mediului de descrcare, iar lumina emis este galben-verzuie i corespunde radiaiilor de rezonan (589 i 589,6 nm) ale dubletului D al sodiului. Acest spectru cvasi-monocromatic este apropiat de cel corespunztor sensibilitii maxime a ochiului, ceea ce conduce la o eficacitate luminoas teoretic de circa 520 lm/W.

La nalt presiune stabilizarea descrcrii se obine pentru temperaturi mai

ridicate ale mediului din lamp (700..1200oC), iar lumina emis are o culoare portocalie (galben-auriu, alb-aurie) deoarece o parte din radiaia de rezonan este auto-absorbit i reemis sub forma unui spectru de benzi ce include i radiaii roii, verzi i albastre.

n toate situaiile, la temperatura ambiant (+20oC) vaporii de sodiu sunt n cantitate redus i pentru a facilita amorsarea descrcrii n lamp se introduce un amestec de gaze inerte (neon, argon, xenon) la joas presiune.

5.1 Lampa cu vapori de sodiu la joas presiune Lampa cu vapori de sodiu la joas presiune are ca element principal un tub

de descrcare din sticl, n form de U sau liniar, pe al crui perete interior se depune un strat de material rezistent la aciunea chimic a vaporilor de sodiu (construcie ply glass). La capetele tubului se prevd electrozi din wolfram activai cu materiale termoemisive. n tub se introduce sodiu metalic n cantitate suficient pentru a forma vapori saturai i un amestec de neon i argon la o presiune de 10..15 torr. Izolarea termic a incintei de descrcare se face prin introducerea acesteia intr-un balon (anvelop) cilindric de sticl, ce va fi vidat. Schimbul de cldur radiativ se diminueaz apreciabil dac pe peretele interior al anvelopei se prevede un film de material (oxid de zinc sau indiu) transparent la radiaia vizibil, dar reflectant pentru radiaia infraroie cu =5,5m produs de mediul de

5 4 3 1 2 6 230V

~

AT

C

7 5 4 1 2 B 230V

~

S a

b

Fig. 1.19 Lamp cu vapori de sodiu n form de U (a) i liniar (b). 1tub de descrcare, 2filament, 3neuniformitii pentru condensarea sodiului n repaus, 4anvelop

de sticl, 5film de oxid de iridiu, 6soclu E27, 7soclu G13, ATautotransformator cu dispersie, Bbalast inductiv, Ccapacitor, S starter cu licrire.

L D1PD2

T1

C1

C2

B

230V ~

IE

Fig. 1.18 Montaj cu igniter electronic

1-11

descrcare aflat la temperatura optim de 260C. Iniializarea descrcrii depinde de tipul constructiv al sursei de lumin i

anume: - amorsarea lmpilor cu electrozi reci din wolfram triplu spiralat se face prin

aplicarea unei supratensiuni furnizate de un autotransformator cu flux mare de scpri (fig. 1.19-a);

- amorsarea lmpilor cu electrozi prenclzii din wolfram dublu spiralat se face utiliznd un montaj cu aprindere cu starter i balast inductiv (fig. 1.19-b).

La punerea sub tensiune a montajului apare o descrcare n gaze inerte la joas presiune care nclzete mediul din lamp i conduce la vaporizarea treptat a sodiului. Iniial lumina emis este de culoare roie (caracteristic neonului), dar n urmtoarele 10..15 minute capt o culoare galben-verzuie ca urmare a excitrii atomilor de sodiu aflai la temperatura i presiunea parial optime.

Lmpile cu o putere mai mare de 180 W se execut sub form liniar i tubul de descrcare prezint strangulri (fig. 1.19-b) pentru a evita deplasarea sodiului spre zonele cu temperaturi mai ridicate din vecintatea electrozilor. Poziia de funcionare este orizontal sau cu o nclinare de 20, ceea ce asigur o bun repartizare a sodiului n tubul de descrcare. Lmpile cu puteri mai mici sunt sub form de U i au poziia de funcionare vertical sau sub un unghi de 55 fa de acesta.

Lmpile cu vapori de sodiu la joas presiune se caracterizeaz prin: P=18..220 W, =70..200 lm/W, D=6000 ore i se recomand la iluminatul exterior (ci rutiere, depozite, ecluze, dane portuare, aeroporturi etc.) interior (ncperi cu degajri de praf sau de fum precum hale de forj, turntorii) sau decorativ. Acest spectru larg de aplicaii este o consecin a proprietilor favorabile ale luminii monocromatice galben-verzui cu privire la acuitatea vizual i la sensibilitatea n percepere a detaliilor, contrastelor i formelor. Lumina galben emis de aceste lmpi strbate prin cea i asigur un contrast accentuat ntre suprafeele iluminate i cele neiluminate, mbuntind vizibilitatea. De precizat c redarea culorilor este inexistent deoarece o culoare pur, alta dect galben, va apare complet neagr n lumina acestor lmpi.

5.2 Lampa cu vapori de sodiu la nalt presiune Lampa cu vapori de sodiu la nalt presiune are ca element principal (fig.

1.20) un tub de descrcare cilindric 1 din alumin policristalin sinterizat, translucid (lucalox sau PCA), ce rezist bine la aciunea chimic a vaporilor de sodiu aflai la temperatur ridicat (circa 1000oC). La capete se monteaz electrozii 2 constituii dintr-o vergea metalic pe care se nfoar un filament de wolfram dublu spiralat acoperit cu materiale termoemisive. n tub se introduce sodiu metalic i mercur n proporie de 1 la 4, precum i un gaz inert (xenon) sau un amestec de gaze inerte (neon i argon) ce permit amorsarea descrcrii. Mercurul are rol de gaz tampon i asigur, la temperatura de funcionare, presiunea optim de lucru i un gradient de potenial ridicat. Incinta de descrcare este protejat de influena mediului ambiant printr-un balon de sticl 3, vidat, a crui form poate fi eliptic sau cilindric.

Anvelopele cilindrice sunt din sticl clar i au o temperatur maxim de

350oC. Anvelopele elipsoidale au peretele interior mtuit, iar temperatura lor poate

ajunge la 450oC. Soclul lmpii 5 este cu filet de tip E27 sau E40, temperatura de lucru fiind de 200oC, respectiv 250oC. Lampa poate funciona in orice poziii la temperaturi ale mediului de pn la -30oC.

Deoarece presiunea vaporilor metalici este sczut la temperatura mediului ambiant, iar distana dintre electrozi este suficient de mare, amorsarea descrcrii n lamp se realizeaz cu ajutorul starterelor (igniterelor), ce prezint o multitudine de tipodimensiuni. La noi n ar se construiesc ignitere cu transformatoare de impuls sau numai cu elemente semiconductoare, cnd balastul este de construcie special (de tip autotransformator).

Igniterul cu transformator de impuls (DAS 05 fig. 1.21-a) funcioneaz dup urmtorul principiu:

- la conectarea montajului la reea, s presupunem c alternana pozitiv a tensiunii de alimentare us=Usmsin(t-) se aplic la borna 2 i condensatorul C1 se va ncrca cu polaritatea din figur, la valoarea maxim, pe circuitul: born 2, diod D1, primar transformator de impuls TI, capacitor C1, rezistor R1, balast B, borna 1;

5 1 2 3 4

Fig. 1.20 Lamp cu vapori de sodiu la nalt presiune; 1tub de descrcare, 2filament, 3-balon protector din sticl,

4element de susinere i cale de curent, 5soclu.

1 B

2

- (+)

+ (-)

L

R1 R2

TI

I II C1 C2

T

D1 D2

D3

++

-

-us ~

DAS 05

a

a

a1

B

2- (+)

+ (-)

R1

R2

C1

C2

T D

+-

us~

D

A

S

2

5

b c

L

b

Fig. 1.21 Scheme de conectare a lmpilor cu vapori de sodiu la nalt presiune B-balast; L-lamp cu descrcri; DAS05 igniter cu transformator; DAS25 igniter cu tiristor

1-12

- n alternana urmtoare (cu semnele din paranteze) are loc ncrcarea condensatorului C2 cu polaritatea din figur, pe circuitul: born 1, B, R1, C2, D3, D2, borna 2. Condensatorul C1 i pstreaz ncrcarea uC1=Usm prin blocarea lui D1, iar C2 ncrcat la uC2=Usm urmrete variaia tensiunii de alimentare;

- n momentul n care us