Lampi cu vapori de mercur de inalta presiune

Lampi cu vapori de mercur de inalta presiune

Distributia spectrala a radiatiei emise de descarcarea in vapori de mercur este puternic influentata de presiunea acestora (vezi si fig. 2.2-2). La joasa presiune sunt emise radiatii ultraviolete si, in proportie redusa, radiatii din domeniul vizibil, care produc un efect luminos slab, albastrui. Prin ridicarea presiunii la cateva atmosfere este favorizata excitarea in trepte a atomilor de mercur, ceea ce atrage marirea procentului de radiatie vizibila, in benzile galben, verde, albastru si violet, lipsind insa banda rosu.

a. Lampi cu vapori de mercur de inalta presiune cu balon fluorescent - LMF

Constructie si principiu de functionare. Lampa (fig. 2.2-18) este alcatuita dintr-un tub de descarcare din cuart introdus intr-un balon de sicla de protectie, de forma elipsoidala. La capetele tubului sunt doi electrozi principali din sarma de wolfram spiralata compact, cu depuneri de substanta emisiva (oxizi alcalino-pamantosi). Un electrod auxiliar de amorsare, din sarma de wolfram fara depozit emisiv, este dispus in imediata apropiere (1 mm) a unui electrod principal si racordat electric la celalat electrod. Tubul de descarcare este mentinut in pozitie de doua suporturi care asigura si conexiunea electrica. In interiorul tubului este introdus argon la presiune scazuta si 10 300 mg mercur (in functie de puterea lampii). Balonul exterior este umplut cu azot la presiune ridicata, asigura temperatura de lucru de 600 C a tubului de descarcare si protejeaza componentele metalice de oxidare. Un strat de pulbere fluorescenta depus pe peretele interior al balonului de protectie transforma radiatia ultravioleta a descarcarii in vaporii de mercur de inalta presiune in radiatie vizibila din zona rosu a spectrului. Se imbunatateste astfel culoarea luminii emise si eficacitatea luminoasa a lampii. De mentionat ca se folosesc si lampi cu balon clar (de exemplu, in SUA) a caror lumina este albastruie si au o slaba redare a culorilor. Tubul de descarcare are diametrul cuprins intre 8 35 mm, iar distanta intre electrozi variaza intre 1,6 11,7 cm, in raport cu puterea lampii.

La aprinderea lampii are loc o descarcare luminescenta in argon (gazul auxiliar) intre electrodul principal si cel auxiliar situat in imediata sa vecinatate. Prin ionizarea gazului se favorizeaza descarcarea in lungul tubului, intre cei doi electrozi principali, urmata de o crestere a curentului electric. Se produce incalzirea electrozilor si a spatiului interior iar descarcarea luminescenta se transforma in descarcare in arc electric. Temperatura interioara crescand mereu, mercurul se vaporizeaza treptat, presiunea vaporilor de mercur creste la 2 15 atm si lampa intra in regimul normal de functionare dupa patru - cinci minute de la conectare. Descarcarea este stabilizata prin inserierea unui balast inductiv in circuitul lampii.

Caracteristici de functionare. Lampile cu vapori de mercur de inalta presiune cu balon fluorescent - LMF au: - puterea nominala de 50 1000 W; - eficacitatea luminoasa (a sistemului lampa-balast) intre 31 56 lm/W, crescand cu puterea lampii; - durata de viata de 12.000 20.000 ore (cu o depreciere a fluxului luminos de 70% din valoarea initiala), respectiv de 25.000 ore (timp in care se deterioreaza 50% din lampi); - luminanta relativ mare, de (4 23) 10⁴ nt, respectiv (530 1600) 10⁴ nt pentru lampa cu balon clar. Spectrul radiatiei luminoase nu asigura o redare corecta a culorilor, lampa avand o temperatura de culoare corelata de 4000 K si indicele de redare a culorii scazut (R_a = 45). Prin utilizarea unei pulberi fluorescente speciale (tip 'Confort') se obtine o lumina imbunatatita, cu o culoare aparenta calda (3300 K) cu o mai buna redare a culorilor (R_a = 52). Reaprinderea lampii este posibila numai dupa o racire de cateva minute (circa cinci minute), timp in care presiunea si temperatura vaporilor de mercur revin la o valoare la care tensiunea aplicata poate amorsa descarcarea. Durata standard de functionare este de 10 ore dupa aprindere. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este uzual. Lampa este sensibila la variatia tensiunii de alimentare, acestea fiind limitate la +/- 7%. Functionarea lampii nu este afectata de temperatura mediului ambiant. Bilantul energetic al unei lampi de 400 W este prezentat in figura 2.2-19. In tabelul 2.2-6 sunt date unele caracteristici ale LMF.

Alimentare. Lampa este prevazuta cu un soclu normal tip filet. Pentru racordarea la retea necesita un balast inductiv legat in serie. Un condensator montat in paralel imbunatateste factorul de putere al sistemului lampa-balast de la valoarea naturala de 0,5 la o valoare superioara lui 0,85 - figura 2.2-20.

Utilizare. LMF se intrebuinteaza pentru iluminatul halelor industriale inalte si in unele aplicatii comerciale (tipul 'Confort', cu lumina imbunatatita).

b. Lampi cu vapori de mercur de inalta presiune cu lumina mixta - LMM

Constructie si principiu de functionare. Aparuta in anii '35, lampa (fig. 2.2-21) este derivata din LMF conventionala, avand balastul incorporat sub forma unui filament de wolfram conectat in serie cu tubul de descarcare. Radiatiile luminoase ale filamentului incalzit si ale descarcarii in vaporii de mercur se combina (mixeaza) si astfel rezulta o lampa ale carei caracteristici sunt complet diferite de cele ale lampilor similare componente. Desi necesita o perioada de pornire de cateva minute caracteristica descarcarii in vaporii de mercur, lampa emite lumina imediat dupa conectarea sa la retea, prin filamentul de wolfram. Temperatura acestuia este inferioara celei corespunzatoare LIG pentru a se mari durata de viata a filamentului de wolfram la o valoare comparabila cu cea a tubului de descarcare in vaporii de mercur; se obtine o durata de viata apropiata LMF. Un strat de pulbere fluorescenta este depus pe peretele interior al balonul de sticla de protectie, de forma elipsoidala. Interiorul balonului este umplut cu un amestec argon-azot la o presiune de circa 1 atmosfera.

Caracteristici de functionare. Lampile cu vapori de mercur de inalta presiune cu lumina mixta - LMM au: - puterea nominala de 100 500 W; - eficacitatea luminoasa intre 20 30 lm/W; - durata de viata de 8000 ore este influentata de frecventa de conectare (ciclul standard este de 12 ore de functionare continua dupa aprindere); - luminanta si temperatura de culoare corelata sunt de acelasi ordin de marime cu cele ale LMF. Culoarea aparenta este alb-cald, datorita radiatiei cu spectru continuu in banda rosu a filamentului de wolfram, care completeaza componenta rosu produsa de pulberea fluorescenta. Se obtine o buna redare a culorilor (R_a = 60). Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este posibil. Variatia tensiunii de alimentare influenteaza caracteristicile lampii, in special durata de viata. Functionarea lampii nu este afectata de temperatura mediului ambiant. Bilantul energetic al unei lampi de 160 W este prezentat in figura 2.2-22.

Alimentare. Lampa se racordeaza direct la retea si nu necesita aparataj auxiliar. Factorul de putere este apropiat de unitate.

Utilizare. Pot fi montate in locul LIG fara modificari in instalatia electrica, pentru marirea eficientei unei instalatii de iluminat incandescent existente.

c. Lampi cu vapori de mercur de inalta presiune cu halogenuri metalice - LMH

Aparuta pe piata in 1964, LMH reprezinta o imbunatatire considerabila a lampii traditionale cu vapori de mercur de inalta presiune in ceea ce priveste eficacitatea luminoasa si redarea culorilor.

Constructie si principiu de functionare. Lampa (fig. 2.2-23) este similara constructiv cu LMF. Tubul de descarcare contine un amestec de gaze inerte neon-argon sau kripton-argon, o anumita cantitate de mercur si un amestec de halogenuri metalice. Are loc o reactie chimica reversibila (similara LIH) de descompunere a halogenurii metalice in ioni metalici si halogen in apropierea axei arcului de descarcare (la circa 3000 K), respectiv de recompunere a halogenurii in apropierea peretelui tubului (la peste 900 K). Intrucat nivelurile energetice de radiatie ale metalelor componente sunt inferioare celor ale mercurului, radiatia luminoasa se datoreaza acestora, mercurul participand doar la reglarea tensiunii si temperaturii arcului de descarcare. Tubul de descarcare din cuart este introdus intr-un balon de sicla de protectie de forma tubulara (clar) sau elipsoidala (clar sau cu depunere de pulbere fluorescenta pe peretele interior), umplut cu neon sau azot. Balonul exterior lipseste la unele tipuri constructive.

Caracteristici de functionare. Lampile cu vapori de mercur de inalta presiune cu halogenuri metalice - LMH au caracteristici specifice fiecarei compozitii de halogenuri, evidentiindu-se trei grupe principale.

(a) LMH cu spectru trei-benzi contin ioduri de sodiu, thaliu si indiu (sau galiu). Sodiul radiaza in banda galben, thaliul in banda verde iar indiul in banda albastru. Au puterea nominala de 250, 400, 1000 si 2000 W, eficacitatea luminoasa (a sistemului lampa-balast) intre 65 90 lm/W, durata de viata de 12.000 ore, temperatura de culoare corelata de 4300 K si indicele de redare a culorii de 65 68.

(b) LMH cu spectru multi-linii contin diferite componente, in principal pamanturi rare si metale asociate: - scandiu asociat cu sodiu; - halogenura de dyprosiu sau halogenura de thuliu asociata cu thaliu si/sau sodiu; - amestec de halogenuri de dyprosiu, holmiu sau thuliu, asociate cu thaliu, sodiu sau cesiu. Au puterea nominala de 70, 150, 250 si 1800 W, eficacitatea luminoasa (a sistemului lampa-balast) intre 70 80 lm/W, durata de viata de 4000 10.000 ore, temperatura de culoare corelata de 4000, 5600 K si indicele de redare a culorii ridicat 80 92.

(c) LMH cu spectru cvasi-continuu (cu radiatie moleculara) contin iodura de staniu sau un amestec de iodura cu clorura sau bromura de staniu, asociate cu sodiu. Au puterea nominala de 70, 150 si 500 W, eficacitatea luminoasa (a sistemului lampa-balast) intre 58 61 lm/W, durata de viata scazuta, de 750 1500 ore, temperatura de culoare corelata de 3000 si 5500 K si indicele de redare a culorii 74 si 85.

Alte caracteristici sunt comune diferitelor variante ale acestui tip de lampa. Reaprinderea lampii este posibila numai dupa o racire de 10 20 minute. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este uzual. Lampa este sensibila la variatii ale tensiunii de alimentare, care conduc la modificarea culorii luminii emise si afecteaza durata de viata. Lampa functioneaza intr-o anumita pozitie, orizontala sau verticala (cu tolerante admisibile), mentionata de fabricant. Bilantul energetic al unei lampi de 400 W este prezentat in figura 2.2-24. In tabelul 2.2-7 sunt date unele caracteristici ale LMH.

Alimentare. Lampa este prevazuta cu diferite modalitati de racordare la retea: cu un singur capat cu un soclu normal tip filet (sau cu un soclu special cu doua stifturi) si cu doua capete. Pentru stabilizarea descarcarii necesita un balast inductiv legat in serie; LMH folosesc, dupa caz, fie balastul caracteristic LMF, fie pe cel al lampii cu vapori de sodiu de inalta presiune - LSON. Amorsarea descarcarii se face cu un dispozitiv auxiliar numit igniter (de fapt, un starter electronic) ce furnizeaza un impuls de tensiune de 0,5 5 kV. Un condensator montat in paralel imbunatateste factorul de putere al sistemului lampa-balast.

Utilizare. LMH se intrebuinteaza pentru hale industriale inalte, spatii comerciale, sali de sport, complexe expozitionale, studiouri de televiziune si iluminat decorativ (ultimele doua aplicatii utilizeaza lampa cu spectru cvasi-continuu).