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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Lámparas fluorescentes y sus características. Dato de referencia. Parte 1
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Referencias Clasificación de lámparas fluorescentes, características de las lámparas fluorescentes convencionales, dependencia de los parámetros de la lámpara con la tensión de red, dependencia de las características con la temperatura ambiente y las condiciones de refrigeración, cambios en las características de las lámparas fluorescentes durante la combustión, lámparas fluorescentes de bajo consumo, lámparas fluorescentes extranjeras, compactas lámparas fluorescentes, lámparas fluorescentes sin electrodos. Clasificación de las lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes (LL) se dividen en iluminación de uso general y especial. Los LL de uso general incluyen lámparas con una potencia de 15 a 80 W con características de color y espectrales que imitan la luz natural de varios tonos. Para la clasificación de LL para fines especiales, se utilizan varios parámetros. Por potencia, se dividen en de baja potencia (hasta 15 W) y potentes (más de 80 W); por tipo de descarga en arco, descarga luminiscente y luminiscencia; por radiación a lámparas de luz natural, lámparas de colores, lámparas con espectros de emisión especiales, lámparas de radiación ultravioleta; según la forma del matraz en tubular y figurado; según distribución luminosa con emisión luminosa no direccional y con direccional (reflex, slot, panel, etc.). El marcado generalmente consta de 2-3 letras. La primera letra L significa luminiscente. Las siguientes letras indican el color de la radiación: D - luz del día; HB - blanco frío; B - blanco; TB - blanco cálido; E - blanco natural; K, F, 3, G, C: rojo, amarillo, verde, azul, azul, respectivamente; UV - ultravioleta. Las lámparas con una calidad de reproducción cromática mejorada tienen la letra C después de las letras que indican el color, y con una reproducción cromática de calidad especialmente alta, las letras CZ. Al final, ponen letras que caracterizan las características del diseño: R - reflejo, U - en forma de U, K - anillo, A - amalgama, B - inicio rápido. Los números indican la potencia en vatios. El marcado de las lámparas incandescentes comienza con las letras TL. Características de la LL convencional В tabla 1 se dan las características de las lámparas fluorescentes más comunes. Designaciones: P - poder; U es el voltaje de la lámpara; I - corriente de la lámpara; R - flujo luminoso; S - salida de luz. Dependencia de los parámetros de la lámpara en la tensión de red Cuando el voltaje de la red cambia dentro de + 10%, el cambio en los parámetros de la lámpara se puede determinar a partir de la relación dX/X = Nx dUc/Uc, donde X es el parámetro de la lámpara correspondiente; dX - su cambio; Nx - coeficiente para el parámetro correspondiente. Para un circuito con estrangulador, los coeficientes tienen los siguientes valores: para intensidad luminosa Ni = 2,2; para potencia Np = 2,0; para el flujo luminoso Nf = 1,5. En un circuito con balasto capacitivo-inductivo, los valores de Nx son algo menores. Cuando el voltaje de la red cae por debajo del nivel permitido, las condiciones para el reencendido empeoran. Aumentar el voltaje por encima del permitido hace que los cátodos se sobrecalienten y los balastos se sobrecalienten. En ambos casos, hay una reducción significativa en la vida útil de la lámpara. Tabla 1
Dependencia del rendimiento de la temperatura ambiente y las condiciones de refrigeración Un cambio en la temperatura del tubo respecto a la óptima, tanto hacia arriba como hacia abajo, provoca una disminución del flujo luminoso, deterioro de las condiciones de encendido y reducción de la vida útil. La fiabilidad de encendido de las lámparas estándar cuando se trabaja con arrancadores comienza a disminuir notablemente a temperaturas inferiores a -5 ° C y con una disminución de la tensión de red. Por ejemplo, a -10 °C y una tensión de red de 180 V en lugar de 220 V, el número de lámparas que no se encienden puede llegar hasta el 60-80 %. Una dependencia tan fuerte hace que el uso de LL en habitaciones con bajas temperaturas sea ineficaz. Puede ocurrir un aumento en la temperatura con respecto al óptimo cuando aumenta la temperatura ambiente y cuando las lámparas funcionan en accesorios cerrados. El sobrecalentamiento de las LL, además de reducir el flujo luminoso, va acompañado de algún cambio en su color. En la fig. 2 muestra la dependencia de los parámetros LL de la temperatura ambiente. Cambio en las características de LL durante la combustión En las primeras horas de combustión, se produce un cierto cambio en las características eléctricas de las lámparas, asociado a la activación adicional de los cátodos, la liberación y absorción de diversas impurezas. Estos procesos suelen terminar en las primeras cien horas. Durante el resto de la vida útil, las características eléctricas cambian muy poco. Hay una disminución gradual en el brillo del resplandor del fósforo y el flujo luminoso de la lámpara (Fig. 3: curva 1 para LL 40 W, curva 2 para LL 15 y 30 W). En algunas lámparas, ya después de varios cientos de horas de funcionamiento, comienzan a aparecer capas y manchas oscuras en los extremos del tubo, asociadas con la pulverización catódica. Indican la mala calidad de las lámparas.
Lámparas fluorescentes de bajo consumo (ELL) Los ELL están diseñados para iluminación general y son totalmente intercambiables con LL estándar de 20, 40 y 65 W en instalaciones de iluminación existentes sin reemplazar lámparas ni balastos. Tienen una longitud estándar, corrientes y tensiones de funcionamiento de las lámparas estándar y flujos luminosos iguales o similares a las lámparas estándar del color correspondiente al 10% de potencia reducida (18, 36 y 58 W). Externamente, las ELL difieren de las lámparas estándar solo en un diámetro más pequeño (26 mm en lugar de 38 mm). Al reducir el diámetro, se reduce el consumo de materiales básicos (vidrio, fósforo, gases, mercurio, etc.). Para garantizar la misma caída de voltaje en las lámparas con una disminución en su diámetro, fue necesario usar una mezcla de argón y criptón para llenar y reducir la presión a 200-330 Pa (en lugar de los 400 Pa habituales en las lámparas estándar). En ELL, la temperatura del tubo sube a 50°C, pero no es necesario crear condiciones especiales para el enfriamiento. La capa de fósforo de las ELL se encuentra en condiciones de funcionamiento más severas, por lo que los fósforos de tierras raras son los más adecuados para estas lámparas. Sin embargo, estos fósforos son unas 40 veces más caros que el halofosfato de calcio estándar (HPA), por lo que las lámparas con tales fósforos son varias veces más caras que las convencionales. Para reducir el costo de las lámparas, se utiliza un recubrimiento de dos capas. Primero, se aplica HFC al vidrio, y encima se aplica un fósforo de tierras raras de pequeño espesor. La industria produce ELL con potencia de 18, 36 y 58 W de colores LB, LDC y LEC con parámetros de luz coincidentes con los parámetros de LL convencional de los mismos colores con potencia de 20, 40 y 65 W. Bajo la marca LBCT, los ELL se producen con una mezcla de tres componentes de fósforos de tierras raras con una vida útil de 15000 horas. ELL extranjeros Las empresas extranjeras producen ELL con tres o cuatro tonos de color estandarizados y con una mezcla de dos o tres componentes de fósforos de tierras raras. EN tabla 2 se dan los parámetros de algunos tipos de ELL en matraces con un diámetro de 26 mm de OSRAM (Alemania). Lámparas fluorescentes compactas (CFL) A principios de los años 80 comenzaron a aparecer numerosos tipos de LL compactos con potencias de 5 a 25 W con salidas de luz de 30 a 60 lm/W y vida útil de 5 a 10000 27 horas.Algunos tipos de LFC están destinados a la sustitución directa de las bombillas incandescentes lámparas Llevan balastos incorporados y están equipados con una base de rosca estándar EXNUMX. El desarrollo de las lámparas fluorescentes compactas solo fue posible como resultado de la creación de fósforos de banda estrecha altamente estables activados por elementos de tierras raras, que pueden operar a densidades de irradiación superficial más altas que en las lámparas LL estándar. Debido a esto, fue posible reducir significativamente el diámetro del tubo de descarga. Con respecto a la reducción de las dimensiones de las lámparas en longitud, este problema se resolvió dividiendo los tubos en varias secciones más cortas dispuestas en paralelo e interconectadas bien por secciones curvas del tubo o bien por tubos de vidrio soldados. Tabla 2
Tabla 3
Toda la variedad de lámparas fluorescentes compactas que se producen actualmente se puede dividir en cuatro grupos principales. 1. Sin carcasa exterior, con un tubo de descarga en forma de H o U, una base especial, equipo de control remoto (PRA) y un arrancador incorporado (Fig. 4, a), donde 1 es un tubo de descarga; 2 - una base especial G23 con un arrancador y un condensador montado en su interior). 2. Con una carcasa exterior prismática u opal, un tubo de descarga de curvatura compleja, una base roscada (o pasador) estándar y un arrancador y balasto incorporados (Fig. 4b), donde 1 es el tubo de descarga; 3 - acelerador; 4 - matraz exterior; 5 - la parte hueca de la carcasa, dentro de la cual se montan el acelerador, el arrancador, el condensador, el interruptor térmico). 3. Anillo, sin capa exterior, con una base roscada estándar (o pasador) y arranque y engranaje integrados (Fig. 4, c). 4. Con cubierta exterior de vidrio, tubo de descarga curvado intrincadamente, base especial, arrancador remoto y engranaje. El primer grupo incluye las lámparas fluorescentes compactas, que han recibido la mayor distribución. Las lámparas tienen un tubo de descarga con un diámetro de 12,5 mm y están equipadas con una base especial de dos pines G23. Son producidos por la industria nacional (bajo la marca KL / TBC) y varias empresas extranjeras. Las lámparas están llenas de argón a una presión de 400 Pa, lo que asegura el normal funcionamiento de los cátodos y condiciones de descarga. Las lámparas se encienden fácilmente incluso a temperaturas de hasta -20 °C, el tiempo de encendido no supera los 10 s. Los parámetros principales de tales lámparas se dan en la Tabla 3. La serie LFC de alta potencia está formada por tres lámparas de 18, 24 y 35 W de potencia, de 251, 362 y 443 mm de longitud, con un flujo luminoso nominal de 1250, 2000 y 2500 lm, respectivamente, y una vida útil de 5000 horas Las lámparas se fabrican en tubos con un diámetro aumentado a 15 mm y se montan en una base especial de 4 pines. al segundo grupo incluye lámparas fluorescentes compactas que son bastante comunes en el extranjero con una carcasa exterior de vidrio o plástico y una base roscada E27 estándar (consulte la Fig. 4, b). Un lastre, un arrancador y un tubo de descarga doble en forma de U están montados dentro de la carcasa. Los principales parámetros de este tipo de lámparas fluorescentes compactas (CLS.../TBTS nacionales y fabricadas en el extranjero (SL) se dan en la Tabla 3 (RE2/2001) (segundo grupo). Dado que los tubos de descarga de este tipo de lámparas funcionan en una carcasa exterior cerrada a temperaturas sensiblemente superiores a las óptimas, y no existe la posibilidad de crear una zona fría artificialmente, los tubos de descarga están llenos de amalgama de mercurio. . Las lámparas están diseñadas para sustituir directamente a las lámparas incandescentes y proporcionan un gran ahorro energético. Sus desventajas incluyen relativamente grandes dimensiones y especialmente peso en comparación con las lámparas incandescentes, diseño no separable, por lo que, después de la falla del tubo de descarga, es necesario reemplazar toda la lámpara, incluido el inductor. En este sentido, algunas empresas extranjeras producen lámparas de este tipo en una versión plegable. al tercer grupo incluye una familia de lámparas fluorescentes compactas anulares con una base roscada y un equipo de control incorporado montado en una carcasa de plástico ubicada a lo largo del diámetro del tubo de descarga anular (ver RE2/2001, Fig. 4, c). La salida de luz de las lámparas fluorescentes compactas de anillo, incluso con balastos de semiconductores, es inferior a la salida de luz de las lámparas fluorescentes compactas en forma de H de las potencias correspondientes. La conveniencia de las lámparas fluorescentes compactas de anillo es que pueden reemplazar directamente las lámparas incandescentes en un dispositivo de iluminación. al cuarto grupo incluye lámparas con una carcasa exterior cilíndrica o en forma de pera, una base especial de 4 pines, equipo de control remoto y un arrancador. Estas lámparas tienen una eficacia luminosa más baja en comparación con las CFL en forma de H y U. Por lo tanto, no se dan datos sobre estas lámparas. Las principales ventajas económicas de las lámparas fluorescentes compactas son un importante ahorro de energía y una reducción del número de lámparas necesarias para producir el mismo número de lúmenes-hora en comparación con las lámparas incandescentes. Las lámparas fluorescentes compactas modernas son difíciles de fabricar. Por ello, se están realizando estudios teóricos y experimentales destinados a mejorar este tipo de lámparas. LFC sin electrodos En estas lámparas, para excitar el brillo de los fósforos, una descarga de vapor de mercurio a baja presión se mezcla con
gases inertes (argón, criptón). La carga se mantiene gracias a la energía del campo electromagnético, que se crea en las inmediaciones del volumen de descarga. La creación de lámparas fluorescentes compactas sin electrodos se hizo posible gracias a la microelectrónica moderna, que hizo posible crear fuentes de energía de alta frecuencia de tamaño pequeño y relativamente baratas con alta eficiencia. Todos los tipos posibles de lámparas sin electrodos constan de tres componentes principales: una fuente de energía de radiofrecuencia de tamaño pequeño, un dispositivo para la transferencia eficiente de energía de radiofrecuencia a una descarga, llamado inductor, y un volumen de descarga. Las diferencias en la disposición y diseño de los nodos están determinadas por la alta frecuencia elegida para la excitación de la descarga. Actualmente, hay tres tipos principales de LFC sin electrodos con aproximadamente los mismos parámetros de energía: con un inductor toroidal en un núcleo ferromagnético (frecuencias de 25 a 1000 kHz), con un inductor solenoidal (frecuencias de 3 a 300 MHz) y microondas (con una frecuencia de más de 100 MHz) . El análisis mostró que en la actualidad es más conveniente utilizar un diseño con un inductor solenoidal y una ubicación externa del volumen de descarga con respecto a él. El diseño de una lámpara de este tipo se muestra en la Fig. 5, donde 1 - base E-27; 2 - bloque oscilador; 3 - relleno, mercurio y gas inerte, 4 - inductor solenoidal; 5 - capa de fósforo; 6 - cavidad cilíndrica en el matraz; 7 - matraz de vidrio. Las muestras experimentales de lámparas fluorescentes compactas sin electrodos con un inductor solenoidal (a una frecuencia de 18 MHz) con una potencia de 30 W para una tensión de red de 220 V 50 Hz con un diámetro de bombilla exterior de 75 a 85 mm tienen una salida de luz de 30 a 40 lm/W. En este caso, el núcleo de ferrita se calienta hasta 300°C. Actualmente, no hay producción industrial de lámparas fluorescentes compactas sin electrodos en ningún país y solo se producen muestras experimentales. Autor: S. I. Palamarenko, Kyiv; Publicación: electrik.org
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