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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Lampade fluorescenti e loro caratteristiche. Dati di riferimento. Parte 1
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / materiali di riferimento Classificazione delle lampade fluorescenti, caratteristiche delle lampade fluorescenti convenzionali, dipendenza dei parametri della lampada dalla tensione di rete, dipendenza delle caratteristiche dalla temperatura ambiente e dalle condizioni di raffreddamento, variazioni delle caratteristiche delle lampade fluorescenti durante la combustione, lampade fluorescenti a risparmio energetico, lampade fluorescenti straniere, compatte lampade fluorescenti, lampade fluorescenti senza elettrodi. Classificazione delle lampade fluorescenti Le lampade fluorescenti (LL) si dividono in illuminazione generale e speciale. Gli LL per uso generico includono lampade con una potenza da 15 a 80 W con caratteristiche cromatiche e spettrali che imitano la luce naturale di varie tonalità. Per la classificazione di LL per scopi speciali, vengono utilizzati vari parametri. Per potenza, sono divisi in a bassa potenza (fino a 15 W) e potenti (oltre 80 W); per tipo di scarica in arco, scarica a bagliore e bagliore a bagliore; per irraggiamento a lampade a luce naturale, lampade colorate, lampade con spettri di emissione speciali, lampade a radiazione ultravioletta; secondo la forma del pallone in tubolare e figurato; secondo la distribuzione luminosa con emissione luminosa non direzionale e con direzionale (reflex, fessura, pannello, ecc.). La marcatura di solito è composta da 2-3 lettere. La prima lettera L significa luminescente. Le seguenti lettere indicano il colore della radiazione: D - luce diurna; HB - bianco freddo; B - bianco; TB - bianco caldo; E - bianco naturale; K, F, 3, G, C - rispettivamente rosso, giallo, verde, blu, blu; UV - ultravioletto. Le lampade con qualità di resa cromatica migliorata hanno la lettera C dopo le lettere che denotano il colore e, con resa cromatica di qualità particolarmente elevata, le lettere CZ. Alla fine, mettono lettere che caratterizzano le caratteristiche del design: R - riflesso, U - a forma di U, K - anello, A - amalgama, B - avvio rapido. I numeri indicano la potenza in watt. La marcatura delle lampade a scarica fumante inizia con le lettere TL. Caratteristiche del LL convenzionale В Tabella 1 sono riportate le caratteristiche delle lampade fluorescenti più comuni. Designazioni: P - potenza; U è la tensione sulla lampada; I - corrente della lampada; R - flusso luminoso; S - emissione di luce. Dipendenza dei parametri della lampada dalla tensione di rete Quando la tensione di rete varia entro + 10%, la variazione dei parametri della lampada può essere determinata dal rapporto dX/X = Nx dUc/Uc, dove X è il corrispondente parametro della lampada; dX - il suo cambiamento; Nx - coefficiente per il parametro corrispondente. Per un circuito con induttanza i coefficienti hanno i seguenti valori: per intensità luminosa Ni = 2,2; per potenza Np = 2,0; per il flusso luminoso Nf = 1,5. In un circuito con reattore capacitivo-induttivo, i valori di Nx sono leggermente inferiori. Quando la tensione di rete scende al di sotto del livello consentito, le condizioni per la riaccensione peggiorano. L'aumento della tensione al di sopra di quella consentita provoca il surriscaldamento dei catodi e il surriscaldamento dei reattori. In entrambi i casi, vi è una significativa riduzione della durata della lampada. Tabella 1
Dipendenza delle prestazioni dalla temperatura ambiente e dalle condizioni di raffreddamento Una variazione della temperatura del tubo rispetto a quella ottimale, sia verso l'alto che verso il basso, provoca una diminuzione del flusso luminoso, un deterioramento delle condizioni di accensione e una riduzione della vita utile. L'affidabilità dell'accensione delle lampade standard quando si lavora con gli avviatori inizia a diminuire in modo particolarmente evidente a temperature inferiori a -5 ° C e con una diminuzione della tensione di rete. Ad esempio, a -10°C e una tensione di rete di 180 V anziché 220 V, il numero di lampade non accese può arrivare fino al 60-80%. Una dipendenza così forte rende inefficace l'uso di LL in ambienti con basse temperature. Un aumento della temperatura rispetto all'ottimale può verificarsi quando la temperatura ambiente aumenta e quando le lampade funzionano in apparecchi chiusi. Il surriscaldamento degli LL, oltre a ridurre il flusso luminoso, è accompagnato da qualche cambiamento nel loro colore. Sulla fig. 2 mostra la dipendenza dei parametri LL dalla temperatura ambiente. Modifica delle caratteristiche di LL durante la combustione Nelle prime ore di combustione si verifica un certo cambiamento nelle caratteristiche elettriche delle lampade, associato all'ulteriore attivazione dei catodi, al rilascio e all'assorbimento di varie impurità. Questi processi di solito terminano nelle prime cento ore. Durante il resto della vita utile, le caratteristiche elettriche cambiano molto poco. Si ha una graduale diminuzione della luminosità del bagliore del fosforo e del flusso luminoso della lampada (Fig. 3: curva 1 per LL 40 W, curva 2 per LL 15 e 30 W). In alcune lampade, già dopo diverse centinaia di ore di combustione, alle estremità del tubo iniziano a comparire rivestimenti e macchie scure, associate allo sputtering del catodo. Indicano la scarsa qualità delle lampade.
Lampade fluorescenti ad alta efficienza energetica (ELL) Gli ELL sono progettati per l'illuminazione generale e sono completamente intercambiabili con gli LL standard da 20, 40 e 65 W negli impianti di illuminazione esistenti senza sostituire lampade e reattori. Hanno una lunghezza standard, correnti e tensioni di funzionamento della lampada standard e flussi luminosi uguali o simili a quelli delle lampade standard del colore corrispondente al 10% di potenza ridotta (18, 36 e 58 W). Esternamente, le lampade ELL differiscono dalle lampade standard solo per un diametro inferiore (26 mm invece di 38 mm). Riducendo il diametro, si riduce il consumo di materiali di base (vetro, fosforo, gas, mercurio, ecc.). Per garantire la stessa caduta di tensione alle lampade con una diminuzione del loro diametro, è stato necessario utilizzare una miscela di argon e kripton per il riempimento e ridurre la pressione a 200-330 Pa (invece dei soliti 400 Pa nelle lampade standard). In ELL la temperatura del tubo sale a 50°C, ma non è necessario creare condizioni particolari per il raffreddamento. Lo strato di fosforo negli ELL è in condizioni operative più severe, quindi i fosfori di terre rare sono i più adatti per queste lampade. Tuttavia, tali fosfori sono circa 40 volte più costosi dell'alofosfato di calcio standard (HPA), quindi le lampade con tali fosfori sono molte volte più costose di quelle convenzionali. Per ridurre il costo delle lampade, viene utilizzato un rivestimento a due strati. Innanzitutto, l'HFC viene applicato al vetro e sopra di esso viene applicato un fosforo di terre rare di piccolo spessore. L'industria produce ELL con una potenza di 18, 36 e 58 W di colori LB, LDC e LEC con parametri luminosi coincidenti con i parametri di LL convenzionali degli stessi colori con una potenza di 20, 40 e 65 W. Con il marchio LBCT, le ELL sono prodotte con una miscela a tre componenti di fosfori di terre rare con una durata utile di 15000 ore. ELL straniere Le ditte straniere producono ELL con tre o quattro tonalità di colore standardizzate e con una miscela di due o tre componenti di fosfori di terre rare. IN Tabella 2 vengono forniti i parametri di alcuni tipi di ELL in flaconi con un diametro di 26 mm da OSRAM (Germania). Lampade fluorescenti compatte (CFL) All'inizio degli anni '80 iniziarono ad apparire numerosi tipi di LL compatti con potenza da 5 a 25 W con emissione luminosa da 30 a 60 lm / W e durata da 5 a 10000 ore Alcuni tipi di CFL sono destinati alla sostituzione diretta delle lampade a incandescenza lampade. Hanno reattori incorporati e sono dotati di una base a vite E27 standard. Lo sviluppo di CFL è diventato possibile solo come risultato della creazione di fosfori a banda stretta altamente stabili attivati da elementi di terre rare, che possono operare a densità di irradiazione superficiale più elevate rispetto ai LL standard. A causa di ciò, è stato possibile ridurre significativamente il diametro del tubo di scarico. Per quanto riguarda la riduzione delle dimensioni delle lampade in lunghezza, questo problema è stato risolto dividendo i tubi in più sezioni più corte disposte in parallelo e interconnesse o da tratti curvilinei del tubo o da tubi di vetro saldati. Tabella 2
Tabella 3
L'intera varietà di CFL attualmente prodotte può essere suddivisa in quattro gruppi principali. 1. Senza guscio esterno, con un tubo di scarico a forma di H o U, una base speciale, un dispositivo di controllo remoto (PRA) e un dispositivo di avviamento incorporato (Fig. 4, a), dove 1 è un tubo di scarico; 2 - una speciale base G23 con uno starter e un condensatore montati al suo interno). 2. Con un guscio esterno prismatico o opalino, un tubo di scarica curvato in modo complesso, una base filettata (o perno) standard e un dispositivo di avviamento e controllo integrato (Fig. 4b), dove 1 è il tubo di scarica; 3 - acceleratore; 4 - pallone esterno; 5 - la parte cava dell'alloggiamento, all'interno della quale sono montati l'acceleratore, il motorino di avviamento, il condensatore, l'interruttore termico). 3. Anello, senza guscio esterno, con base filettata (o perno) standard e motorino di avviamento e ingranaggio incorporati (Fig. 4, c). 4. Con un guscio esterno in vetro, un complesso tubo di scarico curvo, una base speciale, un dispositivo di avviamento remoto e un ingranaggio. Il primo gruppo comprende le CFL, che hanno ricevuto la maggiore distribuzione. Le lampade hanno un tubo a scarica del diametro di 12,5 mm e sono dotate di uno speciale attacco a due spine G23. Sono prodotti dall'industria nazionale (con il marchio KL / TBC) e da un certo numero di aziende straniere. Le lampade sono riempite di argon ad una pressione di 400 Pa, che garantisce il normale funzionamento dei catodi e le condizioni di scarica. Le lampade si accendono facilmente anche a temperature fino a -20°C, il tempo di accensione non supera i 10 s. I parametri principali di tali lampade sono riportati nella Tabella 3. La serie CFL ad alta potenza è composta da tre lampade con una potenza di 18, 24 e 35 W, lunghe 251, 362 e 443 mm, con un flusso luminoso nominale rispettivamente di 1250, 2000 e 2500 lm e una durata di 5000 Le lampade sono realizzate in tubi di diametro maggiorato a 15 mm e montate su una speciale base a 4 perni. Al secondo gruppo include CFL abbastanza comuni all'estero con un guscio esterno in vetro o plastica e una base filettata E27 standard (vedi Fig. 4, b). Una zavorra, uno starter e un doppio tubo di scarico a forma di U sono montati all'interno del guscio. I parametri principali di questo tipo di CFL (CLS.../TBTS nazionali e fabbricati all'estero (SL) sono riportati nella Tabella 3 (RE2/2001) (secondo gruppo). In considerazione del fatto che i tubi a scarica in questo tipo di lampada funzionano in un involucro esterno chiuso a temperature notevolmente superiori a quelle ottimali e non vi è alcuna possibilità di creare artificialmente una zona fredda, i tubi a scarica sono riempiti con amalgama di mercurio . Le lampade sono progettate per sostituire direttamente le lampade ad incandescenza e fornire un grande risparmio energetico. I loro svantaggi includono relativamente grandi dimensioni e soprattutto peso rispetto alle lampade ad incandescenza, design non separabile, per cui, dopo il guasto del tubo a scarica, è necessario sostituire l'intera lampada, compreso l'induttore. A questo proposito, alcune aziende straniere producono tali lampade in versione pieghevole. Al terzo gruppo comprende una famiglia di CFL anulari con base filettata e un alimentatore incorporato montato in un alloggiamento di plastica situato lungo il diametro del tubo di scarico anulare (vedi RE2/2001, Fig. 4, c). L'emissione luminosa delle CFL ad anello, anche con reattori a semiconduttore, è inferiore all'emissione luminosa delle CFL a forma di H delle potenze corrispondenti. La comodità delle CFL ad anello è che possono sostituire direttamente le lampade a incandescenza in un apparecchio di illuminazione. al quarto gruppo comprende lampade con involucro esterno cilindrico oa forma di pera, attacco speciale a 4 spinotti, alimentatore telecomandato e starter. Queste lampade hanno un'efficienza luminosa inferiore rispetto alle CFL a forma di H e U. Pertanto, i dati su queste lampade non vengono forniti. I principali vantaggi economici delle CFL sono un notevole risparmio energetico e una riduzione del numero di lampade necessarie per produrre lo stesso numero di lumen-ora rispetto alle lampade a incandescenza. Le CFL moderne sono difficili da produrre. Pertanto, sono in corso studi teorici e sperimentali volti a migliorare tali lampade. CFL senza elettrodi In queste lampade, per eccitare il bagliore dei fosfori, una scarica in vapori di mercurio a bassa pressione mescolati con
gas inerti (argon, cripton). La carica viene mantenuta grazie all'energia del campo elettromagnetico, che si crea nelle immediate vicinanze del volume di scarica. La creazione di CFL senza elettrodi è diventata possibile grazie alla moderna microelettronica, che ha permesso di creare fonti di energia ad alta frequenza di piccole dimensioni e relativamente economiche con alta efficienza. Tutti i possibili tipi di lampade senza elettrodi sono costituiti da tre componenti principali: una sorgente di energia RF di piccole dimensioni, un dispositivo per il trasferimento efficiente dell'energia RF in una scarica, chiamato induttore, e un volume di scarica. Le differenze nella disposizione e nel disegno dei nodi sono determinate dall'alta frequenza scelta per l'eccitazione della scarica. Attualmente esistono tre tipi principali di CFL senza elettrodi con approssimativamente gli stessi parametri energetici: con un induttore toroidale su un nucleo ferromagnetico (frequenze da 25 a 1000 kHz), con un induttore solenoidale (frequenze da 3 a 300 MHz) e microonde (con una frequenza superiore a 100 MHz). L'analisi ha mostrato che al momento è più opportuno utilizzare un progetto con un induttore solenoidale e una posizione esterna del volume di scarica rispetto ad esso. Il design di una tale lampada è mostrato in Fig. 5, dove 1 - base E-27; 2 - blocco oscillatore; 3 - riempimento, mercurio e gas inerte, 4 - induttore solenoidale; 5 - strato di fosforo; 6 - cavità cilindrica nel pallone; 7 - pallone di vetro. Campioni sperimentali di CFL senza elettrodi con un induttore solenoidale (a una frequenza di 18 MHz) con una potenza di 30 W per una tensione di rete di 220 V 50 Hz con un diametro esterno del bulbo di 75–85 mm hanno un'emissione luminosa di 30–40 lm/W. In questo caso, il nucleo di ferrite viene riscaldato fino a 300°C. Attualmente, non vi è alcuna produzione industriale di CFL senza elettrodi in nessun paese e vengono prodotti solo campioni sperimentali. Autore: SI Palamarenko, Kiev; Pubblicazione: electrik.org
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