Circuits de commutation pour lampes à décharge

Les sources lumineuses artificielles qui utilisent une décharge électrique d'un milieu gazeux dans de la vapeur de mercure pour générer des ondes lumineuses sont appelées lampes au mercure à décharge gazeuse.

Le gaz pompé dans la bouteille peut être à basse, moyenne ou haute pression. La basse pression est utilisée dans les conceptions de lampes :

• fluorescent linéaire;

• économie d'énergie compacte:

• bactéricide;

• quartz.

La haute pression est utilisée dans les lampes :

• phosphore à arc de mercure (DRL);

• mercure métallique avec additifs radioactifs (DRI) d'halogénures métalliques;

• arc sodium tubulaire (DNaT);

• miroir à arc de sodium (DNaZ).

Ils sont installés dans les endroits où il est nécessaire d'éclairer de grandes surfaces avec une faible consommation d'énergie.

Lampe DRL

Caractéristiques de conception

Le dispositif d'une lampe utilisant quatre électrodes est schématiquement représenté sur la photo.

Sa base, comme les modèles classiques, sert à se connecter aux contacts lorsqu'elle est vissée dans le mandrin. L'ampoule en verre protège hermétiquement tous les éléments internes des influences extérieures. Il est rempli d'azote et contient :

• brûleur à quartz;

• fils électriques des contacts de base ;

• deux résistances de limitation de courant intégrées dans le circuit d'électrodes supplémentaires

• la couche de phosphore.

Le brûleur est réalisé sous la forme d'un tube en verre de quartz scellé avec de l'argon injecté, dans lequel sont placés :

• deux paires d'électrodes - principales et supplémentaires, situées aux extrémités opposées du ballon ;

• une petite goutte de mercure.

Argon - un élément chimique qui appartient aux gaz inertes. Il est obtenu dans le processus de séparation de l'air avec refroidissement profond suivi d'une rectification. L'argon est un gaz monoatomique incolore et inodore, densité 1,78 kg / m3, tébullition = –186 ° C. L'argon est utilisé comme milieu inerte dans les procédés métallurgiques et chimiques, dans la technologie du soudage (voir soudage à l'arc électrique), ainsi que dans les lampes de signalisation, publicitaires et autres qui donnent une lumière bleutée.
Le principe de fonctionnement des lampes DRL

La source lumineuse DRL est une décharge d'arc électrique dans une atmosphère d'argon circulant entre des électrodes dans un tube de quartz. Cela se produit sous l'action d'une tension appliquée à la lampe en deux temps :

1. Initialement, une décharge luminescente commence entre les électrodes principales et d'allumage situées à proximité en raison du mouvement des électrons libres et des ions chargés positivement;

2. La formation d'un grand nombre de porteurs de charge dans la cavité de la torche entraîne la décomposition rapide du milieu azoté et la formation d'un arc à travers les électrodes principales.

La stabilisation du mode de démarrage (courant électrique de l'arc et de la lumière) prend environ 10 à 15 minutes. Pendant cette période, le DRL crée des charges qui dépassent considérablement les courants de mode nominaux. Pour les limiter, appliquez lest — suffocation. 

Le rayonnement arc-en-ciel dans la vapeur de mercure a une teinte bleue et violette et s'accompagne d'un puissant rayonnement ultraviolet. Il traverse le luminophore, se mélange au spectre qu'il forme et crée une lumière brillante proche du blanc.

Le DRL est sensible à la qualité de la tension d'alimentation et lorsqu'il descend à 180 volts, il s'éteint et ne s'allume pas.

Pendant décharge d'arc une température élevée est créée, qui est transférée à toute la structure. Cela affecte la qualité des contacts dans la prise et provoque un échauffement des fils connectés, qui ne sont donc utilisés qu'avec une isolation résistante à la chaleur.

Lors du fonctionnement de la lampe, la pression du gaz dans le brûleur augmente significativement et complique les conditions de destruction du milieu, ce qui nécessite une augmentation de la tension appliquée. Si l'alimentation est coupée et appliquée, la lampe ne s'allumera pas immédiatement : elle doit refroidir.

Schéma de connexion de la lampe DRL

La lampe au mercure à quatre électrodes est allumée au moyen d'un starter et fusible.

Une liaison fusible protège le circuit d'éventuels courts-circuits et le starter limite le courant circulant au milieu du tube de quartz. La résistance inductive de la self est choisie en fonction de la puissance de l'appareil d'éclairage. Allumer la lampe sous tension sans starter la fait griller rapidement.

Un condensateur inclus dans le circuit compense la composante réactive introduite par l'inductance.

Lampe DRI

Caractéristiques de conception

La structure interne de la lampe DRI est très similaire à celle utilisée par le DRL.

Mais son brûleur contient une certaine quantité d'additifs provenant des hapogenides des métaux indium, sodium, thallium ou quelques autres. Ils vous permettent d'augmenter l'émission lumineuse à 70-95 lm / W et plus avec une bonne couleur.

Le flacon est réalisé sous la forme d'un cylindre ou d'une ellipse représenté sur la figure ci-dessous.

Le matériau du brûleur peut être du verre de quartz ou de la céramique, qui a de meilleures propriétés opérationnelles : moins d'obscurcissement et une durée de vie plus longue.

Le brûleur en forme de boule utilisé dans la conception moderne augmente le rendement lumineux et la luminosité de la source.

Principe de fonctionnement

Les processus de base qui se déroulent lors de la production de lumière à partir de lampes DRI et DRL sont les mêmes. La différence réside dans le schéma d'allumage. DRI ne peut pas être démarré à partir de la tension secteur appliquée. Cette valeur ne lui suffit pas.

Pour créer un arc à l'intérieur de la torche, une impulsion haute tension doit être appliquée dans l'espace interélectrodes. Son éducation a été confiée à l'IZU - un dispositif d'allumage par impulsions.

Comment fonctionne IZU

Le principe de fonctionnement du dispositif de création d'une impulsion haute tension peut être conditionnellement représenté par un schéma simplifié.

La tension d'alimentation de fonctionnement est appliquée à l'entrée du circuit. La diode D, la résistance R et le condensateur C créent un courant de charge du condensateur. À la fin de la charge, une impulsion de courant est fournie à travers le condensateur via l'interrupteur à thyristor ouvert dans l'enroulement du transformateur connecté T.

Une impulsion haute tension jusqu'à 2-5 kV est générée dans l'enroulement de sortie du transformateur élévateur. Il pénètre dans les contacts de la lampe et crée une décharge en arc du milieu gazeux, qui fournit une lueur.

Schémas de connexion des lampes de type DRI

Les appareils IZU sont produits pour les lampes à décharge de gaz de deux modifications: à deux ou trois fils. Pour chacun d'eux, son propre schéma de connexion est créé.Il est fourni directement sur le boîtier du bloc.

Lors de l'utilisation d'un appareil à deux broches, la phase d'alimentation est connectée via le starter au contact central de la base de la lampe et simultanément à la sortie correspondante de l'IZU.

Le fil neutre est connecté au contact latéral de la base et à sa borne IZU.

Pour un appareil à trois broches, le schéma de connexion neutre reste le même et l'alimentation de phase après le starter change. Il est connecté via les deux sorties restantes à l'IZU, comme indiqué sur la photo ci-dessous: l'entrée vers l'appareil se fait via la borne «B», et la sortie vers le contact central de la base via — «Lp».

Ainsi, la composition du dispositif de contrôle (ballast) pour lampes à mercure avec additifs émetteurs est obligatoire :

• Manette de Gaz;

• chargeur d'impulsions.

Le condensateur compensant la valeur de puissance réactive peut être inclus dans le dispositif de commande. Son inclusion détermine la réduction générale de la consommation d'énergie par le dispositif d'éclairage et la prolongation de la durée de vie de la lampe avec une valeur de capacité correctement sélectionnée.

Environ sa valeur de 35 μF correspond à des lampes d'une puissance de 250 W et de 45 à 400 W. Lorsque la capacité est trop élevée, une résonance se produit dans le circuit, qui se manifeste par le "clignotement" de la lumière de la lampe.

La présence d'impulsions haute tension dans une lampe de travail détermine l'utilisation de fils à très haute tension dans le circuit de connexion avec une longueur minimale entre le ballast et la lampe, pas plus de 1-1,5 m.

Lampe DRIZ

Il s'agit d'une version de la lampe DRI décrite ci-dessus qui a un revêtement partiellement réfléchissant à l'intérieur de l'ampoule pour réfléchir la lumière, qui forme un faisceau de rayons directionnel.Il permet de focaliser le rayonnement sur l'objet éclairé et de réduire les pertes de lumière résultant de réflexions multiples.

Lampe SHP

Caractéristiques de conception

A l'intérieur de l'ampoule de cette lampe à décharge, on utilise à la place du mercure de la vapeur de sodium, située dans un environnement de gaz inertes : néon, xénon ou autres, ou leurs mélanges. Pour cette raison, ils sont appelés "sodium".

Grâce à cette modification de l'appareil, les concepteurs ont pu leur donner la plus grande efficacité de fonctionnement, qui atteint 150 lm/W.

Le principe d'action du DNaT et du DRI est le même. Par conséquent, leurs schémas de connexion sont les mêmes et si les caractéristiques du ballast correspondent aux paramètres des lampes, ils peuvent être utilisés pour allumer l'arc dans les deux conceptions.

Les fabricants de lampes aux halogénures métalliques et au sodium produisent des ballasts pour des types de produits spécifiques et les expédient dans un seul boîtier. Ces ballasts sont entièrement fonctionnels et prêts à l'emploi.

Schémas de câblage pour lampes de type DNaT

Dans certains cas, la conception du ballast HPS peut différer des schémas de démarrage DRI ci-dessus et être réalisée selon l'un des trois schémas ci-dessous.

Dans le premier cas, l'IZU est connecté en parallèle aux contacts de la lampe. Après l'amorçage de l'arc à l'intérieur du brûleur, le courant de fonctionnement ne traverse pas la lampe (voir schéma du circuit IZU), ce qui permet d'économiser la consommation d'électricité. Dans ce cas, la self est affectée par des impulsions haute tension. Il est donc construit avec une isolation renforcée pour protéger contre les impulsions d'allumage.

Par conséquent, le schéma de connexion parallèle est utilisé avec des lampes à faible puissance et une impulsion d'allumage pouvant atteindre deux kilovolts.

Dans le deuxième schéma, IZU est utilisé, qui fonctionne sans transformateur d'impulsions, et des impulsions haute tension sont générées par un starter de conception spéciale, qui a une prise pour se connecter à la douille de la lampe. L'isolation du bobinage de cette inductance augmente également : elle est exposée à une haute tension.

Dans le troisième cas, la méthode de connexion en série du starter, de l'IZU et du contact de la lampe est utilisée. Ici, l'impulsion haute tension de l'IZU ne va pas au starter et l'isolation de ses enroulements ne nécessite pas d'amplification.

L'inconvénient de ce circuit est que l'IZU consomme un courant accru, en raison duquel son chauffage supplémentaire se produit. Cela nécessite une augmentation des dimensions de la structure, qui dépassent les dimensions des schémas précédents.

Cette troisième option de conception est le plus souvent utilisée pour le fonctionnement des lampes HPS.

Tous les schémas peuvent être utilisés compensation de puissance réactive connexion du condensateur comme indiqué dans les schémas de connexion de la lampe DRI.

Les circuits répertoriés pour allumer des lampes à haute pression utilisant une décharge de gaz pour l'éclairage présentent un certain nombre d'inconvénients:

• ressource de lueur sous-estimée ;

• en fonction de la qualité de la tension d'alimentation ;

• effet stroboscopique;

• bruit d'accélérateur et de ballast ;

• augmentation de la consommation d'électricité.

La plupart de ces inconvénients sont surmontés en utilisant des dispositifs de déclenchement électroniques (ECG).

Ils permettent non seulement d'économiser jusqu'à 30% d'électricité, mais ont également la capacité de contrôler en douceur l'éclairage. Cependant, le prix de ces appareils est encore assez élevé.