Influenta Calitatii Tensiunii de Alimentare Asupra Parametrilor Functionali Ai Lampilor Fluorescente Tubulare

INTRODUCERE

Iluminatul artificial reprezintă o parte esențială din viața noastră (muncă, divertisment, circulație etc.) atât în exteriorul cât și în interiorul spațiilor de locuit, unde lumina naturală (cea venită de la Soare) nu ne este suficientă, iar consumul de [NUME_REDACTAT] fiind din ce în ce mai ridicat în ultimii ani. La nivelul anului 1980, din energia consumată, 20% era folosită pentru producerea energiei electrice, iar în anul 1990 ajungând până la 30-35%, chiar mai mare în anul 2000 de 40-45%.

Se estimează că în anul 2030 cererea totală de energie va fi mai mare cu aproximativ 50% față de anul 2003. Așadar, problema realizării unui microclimat confortabil, luminos și totodată economic, capătă astăzi o semnificație importantă.

În ultimii treizeci de ani a-i secolului al XIX-lea, energia electrică a început să fie produsă în centralele hidroelectrice si termoelectrice. După ce americanul [NUME_REDACTAT] a inventat lampa cu incandescență (becul cu incandescență) în anul 1879, iluminatul electric și soluția practică, iar în anul 1880 tot acesta realizează prima distribuție de energie electrică. La doi ani distanță, în 1881, de la invenția lui Edison, aceasta se produce comercial.

[NUME_REDACTAT] electricitatea a fost folosită pentru prima dată în telecomunicații, pe linia de telegraf încă din 1854. Iluminatul electric fiind introdus în țară și la consum în masă, în anul 1882. Conform statisticilor furnizate de către Hidroelectrica, la noi în țară, în anul 2013, până la data de 26.11 s-a înregistrat o producție de [NUME_REDACTAT] de 8253 MW și un consum de 7554 MW.

În tabelul de mai jos se poate vedea în detaliu contribuția fiecărui tip de energie pe șase ani:

Tabel. 1 Producția de [NUME_REDACTAT],

după sursa de energie, raportat în TWh.

De asemenea, Hidroelectrica ne furnizează date despre surse de producere a energiei electrice în anul în curs, 2013. Astfel se poate observa următoarele statistici:

Cărbune: 33.25 %

Hidro: 21.97 %

Nuclear: 17.36 %

Gaze: 17.29 %

Eolian: 10.12 %

Din datele respective se poate observa că o pondere destul de semnificativă este cea a energiei Eoliene, care s-a ridicat semnificativ de la 0.4% în 2010, la peste 10% în anul 2013. Din aceste date se observă că tendința este de a utiliza aceste resurse nelimitate, inepuizabile și ecologice de energie, care aduc o contribuție din ce în ce mai mare la [NUME_REDACTAT] Național (SEN).

Tipurile de energii utilizate în locuințe sau așezări umane, sunt energia electrică și cea termică. Mai nou, și tot mai prezente în ultimii ani sunt energiile solare și eoliene. Orice mașină sau aparat electric se determină prin niște caracteristici standard, cum sunt: tensiunea nominală [V] la care lucrează aparatul, curentul absorbit [A] de acesta de la rețea, puterea [W] pe care o dezvoltă și nu în ultimul rând frecvența [Hz] de lucrul, unde la noi în țară este standardizată la 50 Hz. Aceste date nominale se regăsesc pe orice aparat cumpărat din magazin, puse pe o placă unde sunt inscripționate. Aceste aparate, dezvoltă un câmp magnetic datorită faptului că circulă curentul electric prin ele, și sunt dăunătoare într-o oarecare măsură pentru corpul omenesc în timp.

Materiile prime care contribuie în cea mai mare măsură la producerea energiei electrice sunt: cărbunii; hidrocarburile lichide (păcura în special) și gazoase (gazele naturale); energia nucleară si cea hidraulică.

Potrivit unor studii, lumea va reuși să traverseze această criză de energie energetică, aceasta fiind epuizabilă în câțiva zeci de ani, dar cu prețul unor investiții și efort consistent din partea unor state cu un grad ridicat al dezvoltării pe plan mondial, în două etape:

trecerea de la hidrocarburile lichide naturale, combustibilii fosili, la cei lichizi sintetici. La ora actuală sunt astfel de lichizi, cunoscuți sub numele de „Bio-Diesel”, acesta, după cum îi spune și numele, fiind mai puțin poluant pentru mediul înconjurător și implicit pentru noi, oamenii. De asemenea, alte exemple de combustibil folosiți deja în industria auto, dar la o scară mai redusă, sunt mașinile pe hidrogen și cele cu pilă de combustie.

dezvoltarea tehnologiilor de extragere a energiei din resurse regenerabile: energia solară, energia eoliană, geotermală, biomasă, a mareelor. Cea mai folosită și cunoscută la ora actuală fiind cea solară și eoliană. Prima categorie de energie regenerabilă are din păcate un randament destul de mic, undeva pe la 12%, conform unor studii, iar cea eoliană având dezavantajul că turbinele trebuie amplasate într-un spațiu unde viteza minimă a vântului bate între anumite valori.

Ca orice altă țară, România dispune de rezerve naturale de petrol și gaze naturale, dar în condiții limitate, astfel:

huilă: rezerva este estimată la cca. 925 milioane tone din [NUME_REDACTAT] și Banat;

lignitul: rezerva este estimată la cca. 2800 milioane tone;

petrolul: valoarea estimată la cca. 90 milioane de tone;

gazele naturale: rezervele României sunt estimate la 407 miliarde .

energia hidraulică: puterea instalată într-o centrală hidroelectrice este de cca. 5800MW. Costul acesteia de producție precum și investițiile mari, sunt impedimente care fac imposibilă realizarea acestora pe scară largă.

energia eoliană: cu un procent de 10% la noi în țară. Este o energie care evoluează simțitor și este folosită din ce în ce mai mult de către marii producători de energie electrică din lume.

energia solară: are o pondere relativ mică la noi în țară. Potrivit unor statistici, din care reiese cantitatea de energie solară, aceasta este evaluată la 1000 kW/ pe an.

Această medie este făcută pe 5 zone, din care zona zero cu potențial de peste 1250 kW/ pe an, iar zona 4 cu potențial sub 950 kW/ pe an. O radiație cu valori mai mari de peste 1200 kW/ pe an, se înregistrează pe mai bine de 50% din suprafața totală a țării. [NUME_REDACTAT] are ca obiectiv folosirea energiilor regenerabile și creșterea treptată a acestora în consumul global de energie. În dezvoltarea tehnologiilor de producere a energie din resurse energetice regenerabile, costul energie electrice obținute din aceste resurse este încă mai mare decât costul energiei electrice generată de arderea combustibililor fosili, asta datorita randamentului încă prea mic pe care poate sa-l dea aceasta metodă.

Programul dezvoltat de către [NUME_REDACTAT], numit [NUME_REDACTAT] pentru [NUME_REDACTAT] (ECCP), care se referă în principal la reducerea emisiilor de dioxid de carbon . Acesta identificând că iluminatul rezidențial ca un domeniu important de acțiune, iar pentru a transforma piața iluminatului este necesară o strategie coerentă, astfel obținându-se economii semnificative la nivelul consumului de energie electrică.

Pentru asigurarea unei creșteri sporite a utilizării [NUME_REDACTAT] Compacte (LFC), s-a propus dezvoltarea unor argumente promoționale valide pentru a înștiința utilizatorii în dezvoltarea unei creșteri susținute a folosirii acestora. De notă faptul că în ultimii ani s-a renunțat definitiv la fabricarea și comercializarea lămpilor cu incandescență, acestea având un randament mic și un consum al energiei electrice relativ ridicat, iar mare parte din energie o transforma în căldură, utilizându-se astfel lămpile fluorescente compacte și mai nou, cu leduri, unde este un consum al energiei electrice și mai mic, dar prețul de cost al acestor lămpi este ceva mai ridicat.

Gradul de utilizare și dezvoltare a acestor energii a crescut considerabil în ultimii ani, beneficiind în mai multe țări de sprijin direct din partea guvernelor mai ales financiar, astfel încercând să stimuleze pe cât posibil utilizarea energiilor regenerabile pe o scară cât mai largă.

Se estimează că, procentul energiilor neconvenționale va scădea începând cu anii 2020-2030, energia produsă din surse regenerabile luându-i treptat locul, ajungând să acopere aproximativ 35% din necesarul mondial de energie până în anul 2050.

Țara noastră beneficiază de un potențial ridicat de resurse regenerabile, dintre care, energia eoliană și cea solară ar putea să constituie principalele surse de electricitate. Dintre toate energiile regenerabile detaliate, cea solară presupune realizarea unei instalații relativ simple și mai puțin costisitoare din punct de vedere economic. De aceea atrage un interes deosebit pentru utilizarea acestui tip de energie, folosit cu precădere la încălzirea apei menajere sau a clădirilor. De asemenea nici energia eoliană nu este de neglijat, doar că aceasta are dezavantajul costului ridicat de fabricație si întreținere pentru un utilizator casnic. De menționat faptul că un factor foarte importat este și locul de amplasare al acestora. În urma studiilor, țara noastră aflându-se într-o zonă propice utilizării energiilor eoliene și solare.

CAPITOLUL I

ILUMINATUL ELECTRIC

Iluminatul electric este cel mai vechi mod de utilizare a energiei electrice și totodată, cel mai ineficient mod de utilizare a energiei electrice. Randamentul de utilizare a energiei electrice pentru instalațiile de iluminat este de maxim 10%. Instalațiile de iluminat electric trebuie să realizeze un anumit nivel de iluminare și anumite condiții de calitate.

În instalațiile noi de iluminat se studiază și compoziția spectrală a radiației luminoase, legată de culorile suprafețelor și obiectelor iluminate, avându-se în vedere influența psihologică și fiziologică a mediului ambiant asupra omului.

I.1 Lămpi electrice pentru iluminat

Lămpile electrice reprezintă modul practic de realizare a surselor de lumină utilizate în special pentru iluminatul artificial. În prezent, în tehnica iluminatului există o mare varietate de surse de lumină artificială adecvate diferitelor scopuri. Deosebirea constă nu numai în dimensiuni și formă, ci într-o măsură chiar mai importantă în modul de producere a luminii, puterea nominală, fluxul luminos, culoarea luminii, tipul soclului etc.

În figura 1.1 s-au prezentat câteva tipuri generale de lămpi și becuri pentru iluminat.

Fig.1.1 Exemple generale de lămpi și becuri pentru iluminat

I.2 Clasificarea surselor de lumină

Principial, sursele de lumină pot fi împărțite în două clase:

surse termice (lămpi cu incandescență);

surse cu descărcări electrice (lămpi fluorescente, lămpi cu descărcare în vapor metalici de înaltă presiune);

În cazul surselor termice, energia absorbită este utilizată pentru încălzirea unui metal (de obicei, wolfram), obținându-se pe lângă radiație termică și o anumită radiație luminoasă (spectru continuu).

În cazul surselor cu descărcare electrică, este utilizată radiația electromagnetică ce rezultă în canalul de descărcare (spectru discontinuu – linii spectrale). Aceasta este convertită în spectrul vizibil cu ajutorul unui strat fluorescent.

Parametrii surselor de lumină sunt:

fluxul luminos [lm];

eficacitatea luminoasă [lm/W];

durata de funcționare [h];

culoarea aparentă;

temperatura de lucoare [K];

redarea culorii;

luminanța [cd/];

dimensiunile și geometria.

Fig. 1.1 Clasificarea surselor de lumină

I.3 Surse de lumină cu incandescență

I.3.1 Lămpi cu incandescență clasică

Lămpile cu incandescență (fig. 1.2) sunt surse termice de lumină. Un fir metalic plasat în interiorul unui balon din sticlă este adus la incandescență prin efect Joule – Lenz, la trecerea unui curent electric prin acesta. Ca și filament se utilizează în prezent wolframul, care este un material greu fuzibil și are proprietăți mecanice și electrice specifice. De menționat faptul ca punctul de topire al acestui material este de aproximativ 3655 K sau 3400°C.

Lămpile cu incandescență cu puteri nominale de 15 40 W sunt realizat în mod obișnuit cu vid în interiorul balonului din sticlă, iar lămpile cu puteri nominale peste 60 W sunt realizate, de obicei, cu un gaz inert în interiorul balonului.

Cea mai mare parte a radiațiilor emise, pentru temperaturile uzuale de 2200 2500C corespund domeniului radiațiilor termice, astfel încât lampa cu incandescență este, în primul rând, un element încălzitor, cu o pondere redusă ca sursă de lumină. Ar fi fost avantajos dacă elementul încălzit ar fi ajuns la circa 5000C, ceea ce ar fi condus la o eficiență luminoasă de circa 95 lm/W. În prezent nu sunt materiale descoperite care ar putea lucra la aceste temperaturi.

Părțile componente ale uni lămpi cu incandescență de uz general:

[NUME_REDACTAT] de sticlă

[NUME_REDACTAT] figurile de mai jos (fig. 1.3) s-a reprezentat părțile componente ale unei lămpi cu incandescență, respective fig. 1.4 în stare de funcționare.

Fig. 1.3

Fig. 1.4

1-Balon de sticlă; 2- Gaz inert (argon sau vid); 3- Filament; 4,5- Fir de contact;

6- Suport de sârmă; 7- Montură de sticlă; 8- Contact lateral; 9- Soclu filetat;

10- Izolație; 11- Contact central.

Filamentul – elementul încălzit, emite o radiație care este cu atât mai pronunțată cu cât temperatura este mai mare și eficiența luminoasă crește. Datorită temperaturii ridicate, aproximativ 2500C la care ajunge firul de wolfram, particulele acestuia se vor evapora, lipindu-se astfel de balonul de sticlă. Împiedicarea acestui fenomen se face prin introducerea unui gaz inert sau amestec de gaze în interiorul balonului de sticlă. Durata de viață aproximativă pentru lămpile cu incandescență este de aproximativ 1000h.

Balonul – are rolul de a păstra firul de wolfram in vid (spațiu lipsit de materie), astfel s-ar arde dacă vine în contact cu oxigenul din exterior. Balonul este realizat din sticlă și adaos de plumb cu silicați. Acesta se regăsește sub diferite forme: normal sau clasic, picătură, lumânare etc., dar și culori diferite: naturală, albăstruie etc.

Soclul – reprezintă partea inferioară a lămpii, având rol dublu: de susținere a balonului și asigură legătura dintre sursa de alimentare și electrozi. El cuprinde: contactul superior, cel inferior, masa de fixare și izolatorul, acestea fiind izolate din punct de vedere electric.

I.3.1.1 Caracteristici principale ale lămpilor cu incandescență

Deși au un randament foarte scăzut (1), acest tip de lămpi este încă utilizat de către consumatorii casnici datorită unor avantaje pe care le au:

dimensiuni reduse;

o bună redare a culorilor;

racordare directă de la rețea;

o varietate mare de puteri nominale si forme;

apariția instantanee a luminii după conectarea la circuit;

preț redus;

nu determină defazare între curentul absorbit și tensiunea de alimentare (nu necesită putere reactivă);

receptor liniar (nu rezultă armonici de curent electric).

Dintre dezavantaje amintim:

eficiență luminoasă foarte redusă, de 5 20 lm/W, consumul de energie fiind ridicat;

deformare de culori;

durata de funcționare este redusă, 1000h;

solicitare termică ridicată (temperatura din interiorul balonului poate atinge temperaturi de 150C);

valoarea luminației este foarte mare, fiind pericol de orbire;

curentul de vârf în momentul conectării lămpii (în stare rece a filamentului) variază foarte mult: , ceea ce determină o puternică solicitare a lămpii și a circuitului;

prezintă o sensibilitate ridicată la variații de tensiune; o influență deosebită o are nivelul de tensiune asupra duratei de viață.

Nivelul tensiunii la bornele lămpii are o influență ridicată asupra caracteristicilor fotometrice și electrice ale lămpii (fig. 1.5).

Tensiunea nominală , este ceea pentru care a fost construită lampa astfel încât aceasta să funcționeze în regim nominal. La noi în țară acestea este standardizate la 120, 220, 230V. Tensiunea influențează foarte mult caracteristicile lămpii, aceasta conectându-se direct la sursa de alimentare fără alte aparate auxiliare. Dacă tensiunea de alimentare este cu mult mai mare față de tensiunea nominală, crește eficiența luminoasă. Această funcționare a lămpii nu este recomandată deoarece scade drastic durata de viață și nu este economic, consumul de curent fiind mai mare.

În afara lămpilor de utilizare generală există o mare varietate de lămpi cu utilizări speciale: lămpi pentru faruri auto, lămpi pentru proiectoare, lămpi lumina zilei cu balon albastru etc.

I.3.2 Lămpi cu incandescență cu halogeni

Principiu de funcționare:

Aceste lămpi au principalul avantaj că pe întreaga durată de viață emit un flux luminos constant. Principiul de funcționare a acestui timp de lămpi a fost descoperit în anul 1958, și se bazează pe ciclul regenerator al halogenului. Lampa (fig. 1.6) constă dintr-un balon din cuarț, de formă cilindrică, având plasat un filament liniar pe axa cilindrului. Balonul este umplut cu argon și o parte bine determinată de vapori de iod. Pe durata funcționării, wolframul vaporizează și o parte ajunge pe suprafața interioară a balonului. La temperatura relativ redusă a balonului are loc reacția wolframului cu vaporii de iod și rezultă o iodură gazoasă de wolfram.

În apropierea filamentului, datorită temperaturii ridicate din zonă (2500°C), iodura se descompune în wolfram și halogen. Are loc depunerea wolframului pe filament, iar halogenul se reîntoarce în balon de unde se reia ciclul. Astfel, filamentul din wolfram nu are pierderi din punct de vedere al greutății, iar pereții balonului nu se înnegresc.

La o funcționare în regim normal, presiunea din interiorul balonului este de 3-5 atmosfere, fiind necesar un calcul de rezistență riguros. Prin introducerea unui halogen în interiorul balonului de sticlă se mărește eficacitatea luminoasă și reduce semnificativ deprecierea fluxului luminos.

Acest ciclu de generare pe care îl posedă lampa cu halogen, nu îi oferă o durată nelimitată de funcționare, asta pentru că wolframul care s-a evaporat nu revine exact în locul respectiv, unde sunt temperaturi mai mari, ci revine pe porțiunile mai reci ale filamentului, unde se depune mai mult wolfram, iar suprafețele calde subțiindu-se treptat până când se vor rupe.

Spre deosebire de lampa cu incandescență normală de aceeași putere, cea cu halogen are nevoie de dimensiuni mai reduse ale balonului și se impune a se folosi sticla cu cuarț. O caracteristică importantă a acestui tip de lampă constă în faptul că ea este așezată în poziție orizontală, tocmai pentru a evita atingerea cu mâna a sticlei din cuarț (în timp aceasta distrugându-se datorită depunerii de grăsime de pe piele). La anumite lămpi de acest fel se pune un strat protector de sticlă normală, transparentă, peste cel din cuarț ca măsură de siguranță.

Părțile componente ale uni lămpi cu incandescență cu halogen:

În figura 1.7 s-a reprezentat o lampă cu incandescență cu halogen:

Filament;

Balon din cuarț;

Soclu;

Electrod;

Element de contact.

I.3.2.1 Caracteristici principale ale lămpilor cu incandescență cu halogen

Deoarece costurile sunt relativ ridicate, această lampă este utilizată pentru scopuri speciale: echiparea farurilor automobilelor (lămpi auto) fig. 1.7, lămpi fotografice sau pentru proiecție film, iluminatul sălilor de sport, a teatrelor, studiourilor etc. Acestea au o durată de funcționare mai mare cu aproximativ 10% față de becurile cu incandescență normale, dar și o eficiență luminoasă mai ridicată.

Durata de viață ale acestor lămpi diferă în funcție de modul de utilizare ale acestora: circa 2000h pentru iluminat, cu o eficiență luminoasă de 27 lm/W, și aproximativ 50h de funcționare folosite ca și proiectoare, având o eficiență luminoasă de 35 lm/W. De asemenea, se poate face un reglaj al fluxului luminos dar numai până la un anumit punct, deoarece scade temperatura și astfel este perturbat procesul de regenerare.

Avantaje ale acestui tip de lămpi:

eficiența energetică 20 25 lm/W;

durata de viață 2000 ore;

posibilitatea de reglare continuă a fluxului luminos;

balonul rămâne transparent pe toată durata de funcționare;

volumul lămpii este de 50-150 de ori mai mic decât cel cu incandescență normală.

Dezavantaje:

cost ridicat, de 4-6 ori mai mare față de cele normale;

sensibilitate ridicată la atingerea balonului cu mâna în cazul în care nu sunt prevăzute cu un strat protector;

folosirea unor socluri și dulii speciale datorită faptului că balonul poate atinge temperaturi de 400-600°C, iar soclul de 200-300°C.

I.4 Surse de lumină cu descărcări

I.4.1 Lămpi cu descărcări în vapori metalici de mercur la joasă presiune

I.4.1.1 Lampa fluorescentă tubulară

Principiu de funcționare:

Lampa fluorescentă este realizată din sticlă având forma unui tub, aceasta fiind și cea mai întâlnită în comerț, alături de cea în formă de cerc. Ambele capete ale tubului sunt prevăzute cu doi electrozi din wolfram, prin aceștia introducându-se mercur la presiune scăzută și un gaz inert, de obicei argon și kripton, acesta fiind necesar amorsării. Pe lângă formele diversificate, mai diferă și lungimile acestora, fiind între 0,15 m și 2 m, de puteri diferite, cuprinse între 4W și 200W.

În figura 1.8 s-a reprezentat tipuri constructive de lămpi fluorescente:

b) c)

Fig. 1.8 Lămpi fluorescente tubulare:

liniară albă; b) liniară neagră; c) circulară

În interiorul tubului, pereții acestuia sunt acoperiți cu o pulbere fluorescentă, aceasta având rolul de realiza conversia energiei emise în spectrul ultraviolet (U.V.) în energie în spectrul vizibil, care are rolul de a îndeplini următoarele condiții:

un randament ridicat al conversiei;

o transparență la radiațiile în spectrul vizibil;

culoare corespunzătoare ambianței dorite;

rezistență la șocurile de iradiere produse de conectări-deconectări repetate.

Materialul fluorescent are un rol deosebit de important în determinarea calității luminii și eficienței sursei de lumină.

În figura 1.9, de mai jos s-a reprezentat modul de funcționare a unei lămpi fluorescente tubulare:

Fig. 1.9 Modul de funcționare a unei lămpi fluorescente tubulare

I.4.1.1.a) Caracteristici principale ale lămpilor fluorescente tubulare

Luminoforul este caracterizat printr-un spectru de absorbție în ultraviolet, căruia îi corespunde un spectru în radiația vizibilă. Așadar, reiese faptul că printr-o gradare corectă și atentă a luminoforilor se poate obține o varietate mare de compoziții ale spectrului.

Factorul cel mai important in determinarea caracteristicilor fotometrice ale unei lămpi fluorescente, este determinat de compoziția chimică a stratului fluorescent sau luminofor. Acesta, în prezent, se utilizează în trei grupe de substanțe:

Luminofor standard

Luminofor triplu

Luminofor multiplu

Granulația acestuia trebuie este cuprinsă între 1 și 10 , iar grosimea lui trebuie să permită trecerea radiației vizibile, iar radiația ultraviolet să fie complet absorbită în vederea transformării sale complete în radiație vizibilă. Lămpile fluorescente sunt fabricate pentru a produce, în principal, trei tipuri de culori, în funcție de compoziția luminoforului: albă, lumina zilei și culoare caldă.

Eficacitatea luminoasă variază în funcție de natura luminoforilor, între 40 și 70 lm/W, strălucirea fiind cuprinsă între 0.3 și 1 sb. Durata de funcționare a acestui tip de lămpi este mult mai mare decât la lămpile incandescente, ajungând la 7000 h, acest fapt datorându-se în principal temperaturii mult mai scăzute a filamentului. Această eficiență se apropie de valoarea specificată mai sus în cazul în care tensiunea de alimentare nu depășește valoarea nominală, iar frecvența să fie una corespunzătoare (50Hz și 60Hz), iar durata de funcționare după aprindere fiind de 3-4h.

Părțile componente ale unei lămpi fluorescente tubulare:

În figura 1.10 de mai jos s-a reprezentat părțile componente unei lămpi fluorescente tubulare:

Fig.1.10

A-tub fluorescent, B-borne de alimentare, C-starter,

D-termostat bimetalic, E-condensator, F-electrod din filament, G-balast.

I.4.2 Lampa fluorescentă compactă

Principiu de funcționare:

Lămpile fluorescente compacte au fost comercializate pentru prima dată în anii '80 și sunt recunoscute pentru durata lungă de viață și pentru gradul mare de eficiență. O lampă fluorescentă compactă consumă cu 65 până la 80% mai puțină energie ca becurile incandescente convenționale, furnizând aceeași cantitate de lumină. Uneori, lămpile fluorescente compacte sunt dotate cu un înveliș extern care disimulează tuburile umplute cu gaz, dându-le un aspect mai apropiat de cel al becurilor incandescente. Lămpile fluorescente tubulare au o durată de 6000 și 15000h de funcționare, depinzând de tipul utilizat și de condițiile de utilizare, față de urata de viață a becurilor incandescente, după cum știm, este de circa 1000h. LFC -urile sunt recunoscute pentru faptul că permit realizarea de economii datorită gradului mare de eficiență și a duratei lungi de viață. Durata medie de funcționare este de 5 ani, aceasta considerându-se la o funcționare zilnică de 6 ore.

În figura 1.11 s-a reprezentat tipuri constructive ale lămpilor fluorescente compacte:

b) c)

d) e)

Fig. 1.11 Tipuri constructive ale lămpilor fluorescente compacte:

a) în formă de pară, b) în formă de lumânare, c) în formă de spirală,

d) în formă tubulară, e) în formă rotundă.

I.4.2.1 Caracteristici principale ale lămpilor fluorescente compacte

Din cauza caracteristicilor speciale, trebuie alese cu atenție pentru a corespunde scopului în care urmează să fie utilizate astfel:

Cantitatea de lumină (în lumeni [lm]): Cantitatea de lumină oferită de lămpi se poate compara prin măsurarea eficienței unui lămpi oarecare în lumeni [lm]. Măsurările bazate pe wați [W] și comparațiile acestea nu mai au o precizie relativ bună, putând induce în eroare utilizatorii.

Un exemplu simplu de a căuta:

1300-1530 lm pentru echivalentului unui bec cu incandescență de 100W;

920-1060 lm pentru un bec de 75 W;

700-810 lm pentru un bec de 60 W;

410-470 lm pentru un bec de 40 W;

220-250 lm pentru un bec de 25 W.

Eficiența energetică: în zilele noastre, [NUME_REDACTAT] are tendința de a elimina lămpile mai puțin eficiente, în special cele cu incandescență, însă fiind destul de greu datorită unor serie de avantaje importante pe care acestea le au. Se încearcă astfel utilizarea pe scară largă a lămpilor de o generație mai nouă, mai ales cele fluorescente, fiind mai eficiente atât din punct de vedere al consumului cât și al puterii, determinând și un randamentu superior. Astfel, se recomandă verificarea etichetei energetice de pe ambalajul fiecărui produs ales pentru a se vedea eficiența energetică a lămpii respective aleasă. Lampa fluorescentă, pentru furnizarea aceeași cantități de lumină, având clasa eficienței energetice A, are nevoie de aproximativ o treime din cantitatea de curent electric utilizat de o lampă cu incandescență îmbunătățită, aceasta având eficienta energetică în clasa C.

În figura 1.12 s-a reprezentat Economiile de Energie comparativ cu consumul de energie (datele fiind furnizate de către [NUME_REDACTAT] în anul 2009 ):

Fig.1.12 Economiile de Energie comparativ cu consumul de energie

lampă cu incandescență clasică;

lămpi incandescente îmbunătățite (lampă cu halogen umplută cu gaz xenon);

lămpi incandescente îmbunătățite (lampă de halogen cu strat de protecție pentru radiații infraroșii);

lămpi fluorescente compacte;

diode electroluminescente.

Durata de viață: se exprimă în ore (h) în care lampa respectivă a funcționat fără a se arde. Este de la sine de înțeles faptul că acele lămpi care vor fi ținute un timp îndelungat de funcționare, chiar fără oprire, se vor arde mult mai repede față de acele lămpi care vor fi ținute aprinde un timp mai redus. Lămpile fluorescente compacte, după cum s-a constatat, sunt foarte sensibile la variațiile dintre oprire/stingere, durata de funcționare a acestora scăzând dramatic față de orele specificate pe etichetă de către producător. Durata de funcționare a unei lămpi variază între 1000 de ore, pentru cele cu incandescență, și 15.000 de ore, pentru lămpile fluorescente și mai noi a LED – urilor. Cu cât durata de funcționare a unei lămpi este mai mare, cu atât înlocuirea ei este mai rară, astfel economisindu-se bani și timp.

Culoarea luminii (temperatura): lămpile cu incandescență sunt caracterizate de faptul că emit tot timpul aceeași culoare a luminii sau “lumină caldă”, față de cele fluorescente compacte și LED – uri, acestea oferindu-ne o gamă mai largă de temperaturi a luminii, fiind măsurată în grade Kelvin [°K]. Diferențele acestea, de obicei, se observă în anumite situații, cum ar fi: pentru relaxare se va alege o lampă care emite „lumină caldă”, temperatura fiind de 2700°K, iar pentru lucru se alege o lampă care emite „lumină rece”, temperatura fiind de 4000°K.

Numărul de comutări (închis/deschis) până la defectare: informația aceasta are o importanță mare pentru lămpile fluorescente tubulare compacte. Lămpile standard (cu variații de 3000-6000 comutări aprins/stins) nu sunt recomandate a se utiliza în acele spații unde frecvențele dintre aprins/stins variază mai mult de trei ori pe zi. Ca exemplu se poate lua: toaleta, cămară, bucătărie, hol etc. Astfel, utilizate necorespunzător durata de viață a acestor lămpi scade dramatic, față de numărul de ore inscripționat pe ambalaj și dată de către producător. Mai nou, sunt anumite tipuri de lămpi fluorescente create special pentru astfel de condiții, rezistând până la un milion de comutări, dar prețul de cost ale acestora este ceva mai ridicat. Un avantaj deosebit de important pe care îl prezintă lampa cu incandescență îmbunătățită, este acela că rezistă timp îndelungat la comutări frecvente, fiind utilizată cu precădere în spațiile menționate mai sus.

Timpul de aprindere:ca lămpile standard să ne furnizeze cantitatea maximă de lumină, au nevoie de mai mult timp (aproximativ două secunde până la aprindere și încă aproximativ 60 de secunde ca să ajungă la 60% din lumina totală pe care aceasta ne-o poate oferi). De asemenea, sunt astăzi lămpi fluorescente compacte mai speciale care ne oferă o aprindere aproximativ la fel de repede ca și lampa cu incandescență îmbunătățită, care după cum știm, are un timp de aprindere extrem de mic.

Varierea tensiunii: în mod obligatoriu se va căuta această caracteristică atât la lămpile fluorescente compacte cât și la cele cu LED – uri, deoarece majoritatea acestora nu vor funcționa cu variatoare de tensiune normale. Sunt astfel de tipuri constructive de lămpi fluorescente compacte cât și cu LED – uri în comerț, astfel asigurând acest lucru. De menționat faptul că lampa cu incandescență oferă această posibilitate de utilizare a variatorului de tensiune fără a folosi numai un anumit tip de lampa cu incandescență.

Temperatura de funcționare: diferențele de temperatură fac, în special lămpile fluorescente compacte și cele cu LED – uri, să fie mai sensibile decât lampa cu incandescență. Este recomandat a se alege o lampă care va funcționa la parametri normali în cazul în care aceasta va fi amplasată întru-un mediu cu temperaturi scăzute. Dacă aceasta va fi amplasată la exterior, se recomandă a se alege un tip care să funcționeze și la îngheț, astfel cantitatea de lumină furnizată de lampă va fi simțitor diminuată iarna, în special noaptea.

Dimensiunile becului:în cazul în care lampa se va schimba, la cumpărarea noii lămpi se vor verifica dimensiunile, astfel încât la introducerea în corpul de iluminat să fie identică cu precedenta și să poată fi introdusă cu ușurință.

I.4.3 Lămpi cu descărcări în vapori de mercur la înaltă presiune

Lămpile cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune (fig. 1.13) au fost primele lămpi pentru iluminat general, alimentate la 230 V și prevăzute cu balast inductiv. Constau dintr-un tub de descărcare din cuarț, în care se dezvoltă o descărcare electrică între electrozii principali. După conectarea lămpii în circuit, între electrodul principal și electrodul auxiliar se dezvoltă o descărcare electrică auxiliară, în mediul gazos din interiorul tubului (gaz inert), pentru a asigura o cantitate suficientă de purtători de sarcină. Limitarea curentului în această descărcare secundară este realizată de un rezistor.

După un anumit timp (3 5 minute) mercurul din interiorul tubului vaporizează și descărcarea electrică continuă, între electrozii principali, în vapori metalici. Limitarea curentului electric în descărcarea principală și stabilizarea descărcării electrice se realizează cu ajutorul unui element conectat în serie și numit balast. În mod obișnuit drept balast se folosește o bobină (balast inductiv) având în vedere pierderile active reduse.

Descărcarea electrică în vapori de mercur de înaltă presiune este însoțită de o intensă linie spectrală în domeniul vizibil al spectrului (Galben 577 nm până la violet 404,7 nm). De asemenea, rezultă o intensă radiație ultravioletă (linie spectrală în principal 365,5 nm), utilizată pentru excitarea stratului fluorescent cu nuanța roșiatică. Materialul fluorescent este plasat pe partea interioară a balonului exterior.

Părțile componente ale uni lămpi cu descărcări în vapori de mercur la înaltă presiune

inel de susținere;

balon de sticlă;

lamelă;

suporturi conductoare;

tub de descărcare din cuarț;

electrod auxiliar;

electrozi principali;

rezistență;

soclu.

Piesa principală este tubul de descărcare din cuarț, în interiorul lui găsindu-se mercurul și o cantitate mică de gaz inert. Acesta este sprijinit de suporturile conductoare, de inelul de susținere și de lamela din interiorul balonului de sticlă clară. Se introduce un gaz inert, acesta ajungând la presiunea atmosferică în timpul funcționării, cu scopul de a asigura un echilibru termic necesar bunei funcționări a descărcării în arc.

La capetele sunt prevăzuți electrozii principali, iar pentru amorsare un electrod auxiliar la lămpile de puteri mici, sau doi electrozi la cele de puteri mari. Pentru limitarea curentului după amorsare este folosită rezistența, care se află pe circuitul electrodului auxiliar.

Balonul exterior din sticlă asigură protecția tubului de descărcare contra acțiunilor exterioare (limitarea influenței temperaturii exterioare) și absoarbe o parte dintre radiațiile ultraviolete. Lampa este echipată în mod uzual cu soclu S de tipul E 27 sau E 40 și cu un element de contact. Utilizarea balastului inductiv drept limitator de curent electric determină un defazaj al curbei curentului electric față de tensiunea aplicată și rezultă un factor de putere de circa 0,6. Apare necesitatea utilizării unui condensator pentru compensarea puterii reactive.

Acest tip de lampă este utilizat pentru iluminatul halelor industriale și în iluminatul stradal.

Avantaje principale ale acestor lămpi:

un cost relativ redus;

nu necesită elemente suplimentare pentru amorsare;

o eficiență luminoasă medie 32 60 lm/W;

durată de viață ridicată (peste 20 000 ore).

Ca și dezavantaje se pot enumera:

caracteristici reduse de redare a culorilor;

durată mare de lansare și relansare (circa 5 minute); după deconectarea lămpii, relansarea are loc numai după răcirea și astfel reducerea presiunii din interiorul tubului de descărcare;

datorită caracteristicii neliniare a descărcării electrice curentul electric din circuitul lămpii prezintă o importantă componență spectrală

I.4.3.1 Lampa cu mercur la înaltă presiune și balon fluorescent

Principiul de funcționare:

Ca și tip constructiv, aceste lămpi se execută sub forma unui balon de sticlă, iar în interior este acoperit cu un strat de luminofor. Balonul de sticlă are două roluri principale: unul de a face independentă descărcarea de temperatura exterioară, iar cel de-al doilea de a absorbi radiațiile ultraviolete. Atmosfera din balon este formată dintr-un gaz inert rarefiat. Descărcarea în balon se face la o presiune de o atmosferă, generându-se două tipuri de radiații: radiații vizibile monocromatice și radiații invizibile ultraviolete.

În arzător (compartiment special) se produce descărcarea electrică, acesta fiind fabricat din cuarț, în acesta realizându-se o atmosferă de argon și vapori de mercur, aceștia atingând o atmosferă în timpul funcționării lămpii. La capetele tubului se află electrozii principali, ei fiind construiți din wolfram, iar în apropierea acestora se află un alt electrod auxiliar de aprindere.

Acest tip de lampă se construiește în principal pentru tensiuni nominale de 220V, legarea la rețea fiind una directă, aceasta înseriindu-se cu bobina de balast necesară stabilizării descărcării electrice. Funcționarea acestor lămpi este normală la o temperatură a mediului ambiant cu valori cuprinse între -25°C și +40°C. După o durată de funcționare de 3-5 min, mercurul se evaporă, presiunea devine o atmosferă, tubul de descărcare conținând suficiente particule ionizate pentru ca descărcarea să se producă între electrozii principali.

I.4.4 Lampă cu descărcare în vapori metalici de sodiu la înaltă presiune

Acest tip de lămpi (fig. 1.15), se fabrică încă din anul 1966, având o eficacitate luminoasă cuprinsă între 100 și 120 lm/W, construindu-se pentru puteri între 75-1000W. lămpile cu vapori de sodiu la înaltă presiune au o redare a culorilor corectă, iar luminanța redată este una desul de mare. Din punct de vedere al duratei de viață, este aproximativ de 6000-10000h. un rol deosebit de important în funcționarea acestui tip de lampă îl are modul de legare la rețea, care se face prin intermediul așa numitelor dispozitive de amorsare a descărcării în lampă. Un rol definitoriu în funcționarea lămpii îl are modul de menținere al descărcării, care se face prin intermediul balastului, acesta putând fi de mai multe feluri. Aceste două elemente importante din construcția lămpii, sunt acelea care produc perturbațiile electromagnetice, care pot fi de frecvența rețelei sau mai ridicate, regăsite în domeniul telecomunicațiilor.

Principiul de funcționare:

Lampa (fig. 1.15), din punct de vedere al eficienței luminii albe pe care o emite, este cea mai eficientă comercializată în prezent. Tubul de descărcare conține, de obicei, un amestec de mercur,sodiu și xenon, în interiorul tubului producându-se un arc, acesta degajând căldură, ceea ce duce la vaporizarea mercurului și sodiului. Interiorul tubului este vidat, conținând un sistem de alimentare și fixare. Tubul de descărcare este de obicei realizat din alumină policristalină translucidă, având un diametru mic, aproximativ de 8mm, astfel încât acesta să reziste la atacul chimic al sodiului. La temperatura de 1500°K este corespunzătoare ca fiind regimul normal de funcționare al acesteia. Învelișul lămpii se regăsește în două forme constructive: tubulară sau ovoidală.

Cei care produc lumina pe care o emite lampa, sunt vaporii de sodiu, iar cei de mercur sporesc tensiunea și presiunea de lucru. Amorsarea descărcării, proces care se întinde pe o perioadă de 30 de secunde, se produce în amestecul de vapori de mercur și xenon. Datorită faptului că nu există electrozi auxiliari, este necesară o tensiune de aprindere foarte mare, care variază între 1,5-4kV, fiind necesară folosirea unui igniter, care este de fapt un dispozitiv de aprindere. Igniterul, în perioada aprinderii lămpii, furnizează o serie de impulsuri la înaltă tensiune și o frecventă foarte mare.

Astfel, regimul de funcționare normal al lămpii este obținut după câteva minute de la conectarea acesteia. Lățirea liniilor de rezonanță se produce datorită creșterii presiunii vaporilor de sodiu, o parte din radiație fiind emise de alte linii, astfel se îmbogățește spectrul în zonele verde, albastru și roșu, lumina fiind una alb-aurie cu o tentă pronunțată de roșu. În cazul deconectării lămpii, aceasta trebuie să aibă o pauză de reamorsare de aproximativ 2-3 minute, tubul ceramic astfel răcindu-se. Odată cu această răcire, se produce reaprinderea, dată de către impulsurile de tensiune venite de la igniter.

I.4.4.1 Caracteristici principale ale lămpilor cu descărcare în vapori metalici de sodiu la înaltă presiune

Conectarea acestor lămpi la rețea necesită un dispozitiv de amorsare, care să debiteze o tensiune ridicată și de a mai stabiliza descărcarea. Starterul S va da un impuls de amorsare, care este asemănător cu cel de la tuburile fluorescente, fiind cuplat în serie cu condensatorul și o rezistență de limitare R a șocurilor de curent. Balastul inductiv B se folosește la stabilizarea descărcării, care este cuplat în paralel cu un condensator , acesta având rolul de a micșora influența variațiilor de tensiune ale rețelei. Condensatorul , are rolul de a șunta frecvențele înalte, diminuând astfel perturbațiile radio, compensând astfel și factorul de putere al ansamblului.

În fug 1.16 s-a prezentat schema de conectare a lămpii cu vapori de sodiu la înaltă presiune cu un starter:

Fig. 1.16 Schema de conectare a lămpii

cu vapori de sodiu la înaltă presiune cu starter

Principalele avantaje ale acestor lămpi:

balon tubular foarte clar;

tip de descărcare în ceramică cu antenă integrată, pentru o funcționare lungă și fiabilă;

construcție robustă, cu puține puncte de sudură;

rezistentă la vibrații și șocuri;

o fabricație fără plumb.

Câteva dezavantaje:

o slabă redare a culorilor;

necesită utilizarea unui balast și a unui bloc de amorsare;

durată mare a timpului de lansare și relansare;

costuri ridicate;

datorită caracteristicii neliniare a descărcării electrice, curentul electric absorbit din rețeaua de alimnetare prezintă un important spectru armonic.

Acest tip de lămpi sunt utilizate la: iluminatul străzilor și al zonelor rezidențiale, iluminatul decorativ prin dispersia luminii, iluminatul zonelor industriale, arene sportive interioare sau exterioare, iluminat în horticultură etc.

I.4.5 Lampă cu descărcare în vapori metalici de sodiu la joasă presiune

Acest tip de lampă a fost realizat începând cu anul 1931, asta deoarece are o eficacitate luminoasă foarte bună, cu valori între 65 și 170 lm/W, aceasta crescând proporțional cu puterea lămpii. Luminanța este de aproximativ . Durata aproximativă a acestui tip de lampă variază între 12.000h și 20.000h.

Un aspect foarte importat al acestor lămpi îl constituie modul de montare, acesta de preferat fiind unul în poziție orizontală, astfel împiedicându-se migrarea sodiului și micșorând durata de viață a lămpii sau distrugerea acesteia. Mediul ambiant nu afectează funcționarea lămpii sub nici o formă.

Montarea la rețea este posibilă doar prin montarea unui balast inductiv sau a unui transformator cu dispersie, cu sau fără starter. Lumina disipată de aceasta este una monocromatică, din această cauză este recomandată a nu se folosi în spațiile interioare, ci numai în cele exterioare.

Principiul de funcționare:

Lampa (fig. 1.17) este formată dintr-un tub de descărcare de formă litere U, care este introdus întru-un balon de protecție exterior, el fiind vidat, forma acestuia fiind tot una tubulară. La suprafața interioară a balonului de protecție, acesta este acoperit cu un strat de oxid de indiu, el reflectând mare parte din radiațiile infraroșii, astfel asigurându-se temperatura optimă de lucru, de 260°C a tubului de descărcare.

În atmosfera de neon auxiliară, la aprinderea lămpii, are loc o descărcare luminescentă, aceasta producând vaporizarea sodiului. După aprinderea lămpii, intrând în regimul normal de funcționare după aproximativ 10 min.

Datorită acțiunilor chimice a vaporilor de sodiu, din interiorul tubului de sticlă, peretele interior este acoperit cu un strat de protecție. Pe lângă sodiul din interior, mai sunt și alte amestecuri de substanțe, de obicei neon și argon, acestea având rolul de a amorsa arcul electric din interior, și de creșterea temperaturii pe care acesta o degajează în spațiul de descărcare. În interiorul tubului de descărcare, peretele acestuia atinge o temperatură de descărcare de 260 – 265°C.

Pentru o mai bună izolare termică a tubului, acesta este vidat și are peretele interior acoperit cu un strat subțire de material, de oxid de indiu, acesta reflectând radiațiile infraroșii.

Filamentul este fabricat sub formă de spirală triplă, fiind acoperit de materiale termoemisive (oxid de bariu, stronțiu și calciu).

În figura 1.18 de mai jos s-a reprezentat sursa de lumină, precum și părțile componente ale acesteia:

Fig.1.18

1-tub de descărcare, 2- electrozi, 3- spațiu pentru condensarea sodiului,

4- stratul de oxid de indiu, 5- balonul tubular, 6- soclu.

În figura 1.19 de mai jos s-a reprezentat schema de conexiune:

Fig.1.19 Schema de conexiune

– autotransformatorul, C-condensator, U-tensiune de alimentare.

I.5 Parametrii principali ai lămpilor electrice

Acești parametri se pot grupa în trei categorii principale: parametri tehnico-economici; parametri tehnici de bază; parametri de exploatare și cost. Aceștia servesc la compararea diferitelor tipuri de lămpi, la stabilirea unei surse de lumină ce urmează a se folosi într-o instalație, a avantajelor sau dezavantajelor acesteia.

În standarde sau norme interne de fabricație sunt prevăzute valorile nominale ale parametrilor de fabricație. Deoarece producția de lămpi este una în masă, rezultă faptul că sunt anumite mici probleme, atât la dimensiuni sau proprietățile materialelor, cât și la procesul tehnologic de fabricație. În standarde se prevăd abaterile admisibile de la valorile nominale.

I.5.1 Parametri tehnici de bază

Puterea nominală P,care este absorbită de la rețeaua electrică, determinând consumul de energie și servind ca bază în evaluarea eficienței sursei respective.

Tensiunea nominală Un, aceasta trebuie să corespundă rețelei electrice la care lampa va fi conectată.

Fluxul luminos φ, este emis la funcționarea lămpii în condiții nominale, servind pentru aproximarea eficienței sursei, influențând totodată stabilirea unui număr precis a surselor de iluminat care sunt necesare într-o instalație.

Distribuția spectrală (culoarea radiației), este indicată prin temperatura de culoare Tc și, eventual, prin coordonatele tricromatice.

Durata de funcționare D, este reprezentată prin intervalul de timp, exprimat în ore, în care lampa funcționează, în condiții date, până la înlocuirea sa, datorită pierderii totale sau parțiale a posibilității de funcționare. Durata poate reprezenta o funcționare neîntreruptă sau o sumă de intervale de funcționare a lămpii, de la punerea în funcțiune și până la scoaterea din exploatare. Durata este un parametru care se definește statistic pentru un lot de lămpi.

Durata totală este determinată de pierderea capacității de funcționare prin arderea

filamentului sau imposibilitatea amorsării descărcării electrice.

Durata medie se determină pentru un lot de lămpi și reprezintă intervalul de timp în care ies din funcțiune 50% din numărul lămpilor din lotul supus încercării. Durata medie este o dată importantă de catalog și este impusă de standarde.

Durata garantată exprimă timpul în care trebuie să funcționeze orice lampă livrată de

fabrică dacă sunt respectate condițiile de exploatare impuse (ea este, evident, inferioară duratei medii).

Durata utilă este determinată de scăderea fluxului luminos al lămpii până la o anumită limită, care poate fi 70 – 80% din fluxul luminos inițial, după care exploatarea lămpii nu mai este avantajoasă.

I.5.2 Parametri tehnico-economici și de exploatare

Eficacitatea luminoasă e este cel mai important parametru al unei lămpi, creșterea

eficacității luminoase a lămpilor constituind indicatorul principal al nivelului tehnic al fabricii

producătoare și, în același timp, principala direcție de îmbunătățire a fabricației. Aceasta se

explică prin faptul că o parte însemnată din producția de energie electrică a unei țări se consumă pentru iluminat și deci cea mai neînsemnată creștere a eficacității luminoase a unei lămpi are ca rezultat, la nivelul oricărui utilizator și la scară națională, o importantă economie de energie electrică și costuri mai scăzute de exploatare a instalațiilor de iluminat, concomitent cu îmbunătățirea iluminatului la locurile de utilizare.

Eficacitatea luminoasă se obține ca fiind raportul dintre fluxul luminos φ, emis de lampă la puterea electrică P, absorbită de la sursa de alimentare (rețea):

[lm/W] (1.1)

unde:

– puterea totală consumată;

– puterea consumată.

La o putere dată a lămpii, creșterea eficacității luminoase se realizează prin creșterea

fluxului luminos, obținându-se, în acest fel, la aceeași putere consumată, o îmbunătățire a

iluminatului fără creșterea consumului de energie electrică.

Adaptarea la instalația de iluminat este determinată de gama de puteri în care se fabrică lampa, de dimensiunile corpului luminos, de schemele de conectare la rețea.

Stabilitatea fluxului luminos în timp și valoarea luminanței lămpii sunt parametri care

influențează igiena vederii. Valori necorespunzătoare ale acestor parametri pot duce la oboseala vederii și la reducerea performanțelor activității vizuale prin așa-numitul efect de orbire (reducerea sau pierderea temporară a capacității de a distinge obiectele observate).

Redarea culorilor obiectelor iluminate este evaluată prin indicele de redare a culorilor.

CAPITOLUL II

PROPRIETĂȚILE COLORIMETRICE ALE SURSELOR DE LUMINĂ

Proprietățile (calitățile) surselor de lumină din punct de vedere colorimetric se prezintă sub două aspecte:

aparența culorii radiației emise de sursă (sursa privită din exterior);

redarea culorilor obiectelor iluminate, care afectează aparența culorii acestor obiecte.

II.1 Aparența culorii

Culoarea radiației poate fi apreciată prin cromaticitatea sa. În practică, aparența culorii radiației unei surse este evaluată indicând temperatura de culoare Tc, măsurată în K, definită ca temperatura radiatorului integral (corpului negru) care emite o radiație cu aceeași cromaticitate ca și radiația considerată.

(2.1)

Corpul negru este un tip special de radiator termic iar distribuția spectrală a radiației sale poate fi calculată folosind legea lui Planck. Culoarea corpului negru poate fi roșie la T = 800 – 900 K, alb-gălbuie la 3000 K, albă la circa 5000 K și bleu – pal la 8000 – 10000 K.

În figura 2.1 de mai jos s-a reprezentat curbele de emisie ale unui corp negru:

Fig.2.1 Curbele de emisie ale corpului negru pentru

diverse temperaturi T=2000-3000 K

Orice sursă de lumină care are o cromaticitate pe această curbă poate fi specificată printr-o temperatură de culoare, de exemplu: lampa cu incandescență 2700–2900 K. Dar numai dacă o sursă este un radiator termic (de exemplu, o lampă cu incandescență) temperatura ei de culoare, dă o informație asupra distribuției sale energetice spectrale, aceasta fiind efectiv identică cu cea a corpului negru la aceeași temperatură. Pentru sursele „netermice” (lămpile fluorescente), temperatura de culoare servește numai ca un ghid convenabil privitor la aparența culorii.

Temperatura de culoare nu trebuie folosită pentru a specifica o cromaticitate care nu se află pe curba corpului negru. Culoarea radiației unei astfel de surse poate fi apreciată prin temperatura de culoare corelată, ea reprezentând temperatura corpului negru la care culoarea acestuia este cea mai apropiată (proximală) de culoarea radiației sursei.

Temperatura de culoare proximală se găsește pe o astfel de diagramă mergând de la punctul de cromaticitate al sursei în direcția paralelă cu cea mai apropiată linie izo-temperatură spre curba corpului negru, la intersecția respectivă putând fi citită temperatura de culoare. De exemplu, pentru lămpile fluorescente corespund temperaturi de culoare (proximale) în domeniul 3000-7500 K.

Pe măsura creșterii temperaturii de culoare, aparența culorii se modifică trecând de la culorile calde, bogate în radiații roșii (Tc < 3300 K – alb roșcat) la culori intermediare (Tc = 3300-5500 K) spre culorile reci (Tc > 5500 K – alb-albăstrui).

Trebuie remarcat că radiația corpului negru este percepută de ochi, după o adaptare corespunzătoare, ca diferite nuanțe de culoare albă, începând cu temperatura de 2800 K. Radiația surselor cu Tc > 2800 K reprezintă diferite nuanțe de alb. Pentru specificare culorii radiației lămpilor electrice, in tehnica iluminatului se pot folosi:

– denumiri ale nuanțelor de alb, de regulă în limba engleză, asociate temperaturii de culoare;

– un cod alfanumeric asociat denumirii și, implicit, temperaturii de culoare;

– un cod numeric asociat, de asemenea, denumirii (și respectiv temperaturii de culoare proximale.

II.2 Redarea culorilor obiectelor iluminate

Este greșit să se considere culoarea ca o calitate invariabilă a unui obiect sau material. În realitate, perceperea de către organul vederii a obiectelor care nu constituie surse primare de lumină are un caracter concomitent obiectiv, datorându-se fluxului luminos trimis de acestea, prin reflexie sau prin transmisie, în direcția ochiului.

Deoarece factorii de reflexie/transmisie sunt, în general, mărimi selective (dependente de lungimea de undă), în direcția ochiului vor fi trimise cu preponderență radiațiile cu anumite lungimi de undă specifice obiectului, care ar trebui să se regăsească, în proporție convenabilă, în spectrul sursei care îl iluminează, întrucât culoarea percepută corespunde lungimii de undă a radiației incidente pe retină. Prin urmare, factorii care afectează crearea senzației de culoare sunt: compoziția spectrală a luminii primite de obiecte de la sursele de lumină primare, proprietățile (selective) reflectante sau de transmisie ale obiectelor și, în final, organul vederii.

Aptitudinea radiației luminoase a surselor de lumină de a conferi culori obiectelor iluminate este cunoscută sub numele de redarea culorilor. Mai precis, redarea culorilor este o expresie generală care indică efectul unei surse de lumină asupra aspectului de culoare al obiectelor iluminate, acest aspect fiind comparat, conștient sau inconștient, cu cel al acelorași obiecte iluminate de către o sursă de referință, adică de o sursă despre care se crede că permite perceperea obiectelor respective în culoarea lor adevărată.

De exemplu, un obiect considerat roșu poate apare roșu numai dacă lumina incidentă conține suficientă radiație în domeniul roșu, pentru ca obiectul să o poată reflecta, datorită faptului că obiectul posedă un factor de reflexie selectiv ridicat în domeniul roșu. Culoarea este, de fapt, o proprietate conferită corpurilor de către radiația incidentă. În general, se admite ca naturală, culoarea unui corp la lumina zilei, culoarea fiind redată mai mult sau mai puțin precis, dar relativ diferit, de diverse alte surse de lumină.

Adaptarea cromatică a organului vizual joacă un rol important în perceperea culorilor. Ochiul se autoreglează la culoarea luminii și are o tendință de a o estima ca alb. Se spune că lumina soarelui este albă și totuși ea va apare galbenă dacă se compară cu lumina cerului boreal. Un obiect considerat alb privit izolat poate apare colorat de îndată ce un obiect ”mai alb” va intra în câmpul vizual. Dacă un observator, aflat de un anumit timp la lumina zilei, reține mintal aspectul unui obiect colorat apoi intră într-o cameră iluminată cu lămpi cu incandescență și, după un anumit timp, privește din nou același obiect, diferența de aspect va fi mai mică decât dacă două obiecte identice ar fi privite simultan în cele două situații de iluminare.

Un amestec de radiații conținând toate lungimile de undă emise în domeniul vizibil cu aceeași energie pentru fiecare dintre ele (spectrul de egală energie) dă o impresie de alb pur. Este evident că toate culorile obiectelor vor apare sub aspectul lor veritabil sub această lumină, cu condiția ca nivelul de iluminare să fie suficient de ridicat. Aceeași impresie de alb pentru ochi poate fi, de asemenea, obținută printr-un amestec de mai multe lungimi de undă, amestec în care anumite lungimi de undă lipsesc (culori complementare) cum ar fi combinațiile roșu-verde sau galben-albastru.

În practică, redarea de referință a culorilor poate fi:

aspectul persoanelor și obiectelor la lumina naturală (lumina zilei) cu care suntem obișnuiți. Lumina zilei este caracterizată printr-un spectru continuu care conține toate culorile. În unele cazuri însă, lumina zilei constituie un criteriu de evaluare puțin satisfăcător deoarece este inconstantă în privința compoziției și intensității sale. În țări ca Olanda, diferențele ca spectru și ca intensitate variază nu numai de la o zi la alta ci chiar de la o oră la alta în decursul aceleiași zile;

aspectul care se consideră favorabil confortului din punct de vedere psihic și care este obținut, în general, folosind lumina corpurilor incandescente.

În cazul lămpilor cu incandescență, spectrul continuu conține, de asemenea, toate lungimile de undă din spectrul vizibil și, sub lumina lor, culorile pot apare ca naturale. Neavând însă un spectru de egală energie, lampa cu incandescență emite o cantitate relativ mare de galben și puțin verde și albastru. Există deci diferențe apreciabile în raport cu lumina zilei.

Sub lumina lămpilor cu incandescență, culorile ”calde” sunt puternic accentuate, iar culorile ”reci” sunt notabil mai puțin ”reci”. Albastrul prezintă uneori o modificare spre verde, iar galbenul deschis devine aproape alb; dacă se dorește ca un obiect să apară galben chiar sub lumină artificială, trebuie să se aleagă un galben foarte accentuat.

II.3 Amorsarea lămpilor electrice

La alimentarea directă de la o sursă de energie cu tensiune constantă, cu rezistență internă mică, o lampă cu descărcare electrică provoacă practic un scurtcircuit; procesul de ionizare în avalanșă nefiind limitat, intensitatea curentului în circuit crește necontenit, până se ajunge la distrugerea unui element de circuit (a lămpii).

Deci, un conductor gazos nu are o rezistență proprie caracteristică, aceasta micșorându-se pe măsura creșterii intensității curentului din mediul gazos. În consecință, o lampă cu descărcare electrică nu poate fi conectată direct la o sursă de tensiune constantă, ci numai în serie cu o rezistență sau impedanță de valoare suficientă pentru a limita valoarea intensității curentului stabilit în circuit.

II.3.1 Tipuri de balasturi pentru lămpile electrice

Balastul rezistiv conduce la reducerea greutății, gabaritului și costului balastului, la îmbunătățirea factorului de putere (0,85…0,95) și la eliminarea zgomotului, dar înrăutățește mult forma curbei curentului (apar pauze de curent), influențează negativ durata lămpii și, prin consumul mare de putere activă, înrăutățește eficacitatea luminoasă a ansamblului balast-lampă. Scăderea eficacității luminoase poate fi limitată prin folosirea ca balast rezistiv a unor filamente de lămpi cu incandescență, utilizând și fluxul luminos al acestora, ceea ce este posibil numai în anumite cazuri. În consecință, balastul rezistiv nu este indicat în circuitele de curent alternativ.

Balastul inductiv (droserul) este cel mai răspândit tip de balast, datorită faptului că are un consum minim de putere activă, iar defazajul dintre curent și tensiune creează cele mai favorabile condiții pentru reamorsarea descărcării în fiecare semiperioadă, reducându-se pauzele de curent. La trecerea prin zero a curentului, tensiunea rețelei are deja o anumită valoare și descărcarea se reamorsează imediat după stingerea lămpii. Balastul inductiv asigură, în același timp, cea mai bună formă a curbei curentului (apropiată de o sinusoidă), creând condiții mai favorabile pentru funcționarea electrozilor și contribuind la asigurarea unei durate mari a lămpii. Printre dezavantajele acestui tip de balast se pot enumera greutatea și dimensiunile relativ mari, prețul de cost ridicat, un factor de putere scăzut al ansamblului balast – lampă (0,5-0,6) și zgomot în funcționare (accentuat, la o execuție neîngrijită).

Balastul capacitiv se utilizează rar la frecvența industrială datorită faptului că produce

șocuri mari de curent la fiecare reaprindere a lămpii și pauze mari de curent, regim nefavorabil atât din punctul de vedere al funcționării electrozilor, cât și din punctul de vedere al iluminatului (pulsații mari ale fluxului luminos). La sfârșitul semiperioadei, condensatorul este complet încărcat, iar lămpii i se aplică tensiunea de vârf a rețelei, ceea ce determină reamorsarea imediată. În procesul de descărcare, curentul este mare, neexistând nici o rezistență de limitare a descărcării condensatorului. Acest tip de balast se folosește la frecvențe peste 400 Hz.

Balastul inductiv-capacitiv, obținut prin înserierea unei bobine cu un condensator, astfel încât să se obțină impedanța necesară limitării curentului, reprezintă o soluție intermediară între balasturile inductiv și capacitiv.

Balasturile inductive sunt fabricate pentru toată gama de puteri în care sunt produse lămpile cu vapori de mercur și de sodiu la înaltă presiune. Ele sunt executate în carcase din material plastic ignifug sau metal. Modul de conectare a acestora în circuit poate fi realizat fie cu piesă de contact serie fie cu conductor flexibil.

Acest tip de balasturi au o construcție robustă, protejată împotriva umidității, a prafului și a nisipului prin înglobarea lor în rășină poliesterică, ceea ce le conferă o rigiditate dielectrică mărită și un coeficient sporit de transmitere a căldurii. Balasturile inductive au un consum redus de putere.

II.3.2 Dispozitivul de amorsare (igniterul)

Igniterul cu bimetal se bazează pe principiul producerii unei supratensiuni prin întreruperea unui circuit inductiv constituit de balast. Schema de conexiuni este redată în figura 2.2 de mai jos:

În balonul vidat (1), se găsesc o lamelă bimetalică (2) și un încălzitor (3). La aplicarea tensiunii rețelei, contactele (4), sunt închise și balastul este pus în scurtcircuit pe rețea. Curentul de scurtcircuit se închide prin lamela bimetalică și prin încălzitor. Încălzirea lamelei bimetalice face ca, după un timp, lamela să se curbeze și astfel să deschidă circuitul, dând naștere unui impuls de tensiune de amplitudine 800 ÷ 3800 V, care amorsează descărcarea în lampă (după circa 30 secunde de la conectare la rețea). În timpul funcționării lămpii, contactele (4) sunt menținute deschise, prin încălzirea bimetalului de către elementul încălzitor (3), aflat sub curentul de descărcare. Necesitatea alimentării continue a elementului încălzitor introduce pierderi suplimentare de putere în regimul nominal al lămpii.

Schema din figura 2.3 conține un igniter cu bimetal (1), montat în interiorul balonului exterior al lămpii, în vecinătatea tubului de descărcare. Tot în balon se mai găsește un bimetal (2), care servește la scurtcircuitarea electrodului auxiliar cu electrodul principal după aprinderea lămpii. Ca și în cazul igniterului exterior lămpii, bimetalul trebuie să acționeze rapid, pentru a se evita vibrațiile care pot duce la sudarea contactelor. Se folosește un bimetal "săritor" realizat sub forma unei calote. Bimetalul își menține forma, în timpul încălzirii, până la atingerea unei temperaturi critice, când își modifică brusc forma, inversându-și curbura și separând rapid contactele.

Fig.2.3 Schema unui igniter montat în interiorul

balonului exterior al lămpii

La conectarea lămpii, bimetalul este încălzit de rezistența (3), aflată sub curentul de scurtcircuit al balastului. După deschiderea contactelor, are loc amorsarea descărcării în lampă. Până la atingerea regimului nominal al descărcării, menținerea contactelor în poziția deschis se obține datorită căldurii furnizate de tubul de descărcare, rezistența de încălzire nemaifiind sub curent (nu apar pierderi de putere suplimentare). La deconectarea lămpii sau în caz de stingere accidentală, viteza de răcire a bimetalului, comparabilă cu cea a lămpii, asigură revenirea în poziția inițială și închiderea bruscă a contactelor, după ce tubul de descărcare s-a răcit suficient pentru a permite reamorsarea.

Bimetalul (2), are contactele normal deschise și acționează scurtcircuitând electrozii, la câteva minute după aprinderea lămpii. Creșterea impulsului de tensiune necesar aprinderii lămpii se obține conectând în paralel cu contactele starterului un condensator cu capacitatea de 0,05 μF. Pentru îmbunătățirea funcționării lămpii, se poate monta un condensator cu capacitatea de circa 0,5 μF în paralel pe balast.

Igniterele electronice funcționează pe principiul încărcării sau descărcării unui condensator prin inductanța de stabilizare (balast), elementul de comutație fiind un tiristor sau un triac. Frecvența proprie a impulsurilor depinde de produsul LC. Avantajele igniterelor electronice sunt:

posibilitatea obținerii unui singur impuls, a două impulsuri sau a unui tren de impulsuri, în funcție de circuitul de comandă a elementului de comutație;

funcționarea ordonată, tensiunea de vârf reproducându-se în fiecare alternanță sau în toate perioadele;

posibilitatea defazării impulsurilor față de tensiunea de alimentare, asigurând funcționarea independent de variațiile tensiunii rețelei;

aprinderea practic instantanee a lămpii.

Cel mai simplu igniter este igniterul cu tiristor, care asigură producerea de impulsuri de

tensiune la bornele balastului în decursul unei singure alternanțe dintr-o perioadă, prin descărcarea bruscă a unui condensator. Descărcarea se realizează prin intermediul tiristorului, a cărui conducție este comandată de descărcarea condensatorului. Impulsurile de tensiune au o

amplitudine de circa 800 V și o lățime de 0,75 ms (la 50% din amplitudine). După amorsarea

lămpii, igniterul este scos din funcțiune prin faptul că tensiunea de arc este inferioară pragului de funcționare a dispozitivului.

Igniterul cu triac produce impulsuri de tensiune în fiecare semialternanță prin încărcarea bruscă a unui condensator. La alimentarea schemei cu tensiunea de 380 V, igniterul dă impulsuri de amplitudine 1000 V cu o lățime (la 50% din valoarea de vârf) de circa 0,2 ms.

În cazul când lampa necesită o tensiune de amorsare peste l kV sau când se dorește reamorsarea rapidă a lămpii în stare caldă (după o întrerupere voită sau accidentală), se folosește un dispozitiv de amorsare care conține un transformator de impuls. Dispozitivul furnizează în fiecare perioadă câte un impuls cu amplitudine de circa 7,5 kV și lățime de 2 ms (la 50% din amplitudine), asigurând o reamorsare la cald a unei lămpi de 2 kW în 2 ÷ 5 minute.

Reaprinderea din stare caldă a lămpilor de putere mare necesită tensiuni ridicate. Pentru a ușura reaprinderea, este necesar să se asigure conservarea pentru un timp a conductanței arcului. În acest scop, se poate folosi un circuit alimentat din rețea, care furnizează un curent alternativ de frecvență 20 kHz și care permite conservarea ionizării arcului timp de circa 60 ms.

În cazul căderii rețelei, lămpile de putere mare sunt prevăzute cu un bloc automat de frecvență 400 Hz capabil să furnizeze o putere de 400-500 W suficientă pentru ca o lampă de 2 kW să continue să funcționeze, dând un flux luminos suficient pentru a asigura iluminatul de siguranță.

II.3.3 Conectarea lămpilor la rețea

II.3.3.1 Conectarea la rețea a lămpilor cu vapori de mercur la înaltă presiune

Datorită caracteristicii volt-amper căzătoare, lămpile cu vapori de mercur la înaltă presiune trebuie conectate la rețea prin elemente stabilizatoare, care să limiteze valoarea curentului. Schema este reprezentat în figura 2.4:

Întrucât marea majoritate a lămpilor funcționează în curent alternativ, drept element stabilizator servește un balast inductiv liniar B, montat în serie cu electrozii principali ai lămpii L (tubului de descărcare), pentru compensarea factorului de putere putând fi utilizat un condensator C, conectat în paralel cu ansamblul lampă-balast (fig. 10.4). Balastul inductiv are avantajul unui consum mic de putere activă (5 ÷ 12% din puterea lămpi), asigurând în același timp o bună stabilizare a descărcării și eliminarea practică a pauzelor de curent, tensiunea pe balast având, la trecerea curentului prin zero, o valoare suficientă pentru reamorsarea arcului în semiperioada următoare. Lămpile cu lumină mixtă, la care filamentul incandescent reprezintă un balast încorporat în lampă, se conectează direct la tensiunea de alimentare.

II.3.3.2 Conectarea la rețea a lămpilor cu vapori de sodiu la înaltă presiune

Lămpile cu vapori de sodiu la înaltă presiune necesită un dispozitiv de amorsare, care să furnizeze o tensiune înaltă în momentul conectării la rețea. Stabilizarea descărcării se face, de regulă, la frecvența industrială, cu un balast inductiv.

Schema de conectare la rețea a unei lămpi este, în principiu, similară celor din figura 2.5.

Fig.2.5 Scheme de conectarea la rețea a lămpilor cu vapori de sodiu la înaltă presiune

l– lampa; L– balastul inductiv bifuncțional; Ig– igniterul; C– condensator

Puterea cerută impulsului de amorsare fiind mică, este posibilă folosirea ca dispozitiv de aprindere a unui starter cu descărcare luminescentă. Igniterul electronic, având la bază un tiristor, este de utilizare curentă. Toate schemele electrice sunt capabile să aprindă lămpile cu vapori de sodiu la înaltă presiune aproape instantaneu din stare rece și relativ rapid din stare caldă (după o scurtă întrerupere a tensiunii rețelei), precum și aprinderea în condiții de scădere anormală a tensiunii rețelei.

II.3.3.3 Conectarea la rețea a lămpilor cu halogenuri metalice

Cu toate măsurile constructive luate, tensiunea de amorsare a lămpilor cu halogenuri metalice rămâne suficient de ridicată, reprezentând, în funcție de tipul lămpii, 250 ÷ 560 V, cea ce înseamnă că tensiunea rețelei de alimentare este insuficientă pentru producerea amorsării. Din punctul de vedere al amorsării, tensiunea de 380 V a rețelei de alimentare este mai avantajoasă pentru aceste lămpi și, în unele cazuri (mai ales la lămpile de putere mare), este preferată tensiunii de 220 V, deși rămâne inferioară tensiunii de aprindere.

Dacă se urmărește posibilitatea conectării lămpilor de putere mică, pentru care nu este util să se construiască rețele speciale, problema amorsării se pune cu atât mai mult. Similar lămpilor cu vapori de sodiu la înaltă presiune, schema de conectare la rețea trebuie deci să conțină, pe lângă dispozitivul de stabilizare (impus de caracteristica volt-amper căzătoare a descărcării și constituit, în majoritatea cazurilor, de un balast inductiv), și un dispozitiv de amorsare (igniter), prin intermediul căruia se aplică la bornele lămpii, în perioada aprinderii, un impuls sau un tren de impulsuri de înaltă tensiune.

Impulsul se poate obține prin:

întreruperea unui circuit inductiv;

încărcarea sau descărcarea bruscă a unui condensator pe balastul inductiv;

folosirea unui transformator de impulsuri.

CAPITOLUL III

CORPURI DE ILUMINAT

Corpul de iluminat este, în principal, un aparat electric utilizat pentru distribuția și/sau transmisia luminii emise de către lămpi. Acestea conțin în principal câteva elemente, cum ar fi: de fixare, protecție vizuală, protecție față de mediu și o parte electronică, aceasta având rolul de alimentare, stabilizare și amorsare.

La modul general, corpul de iluminat este format din două părți esențiale: armătura de iluminat și sistem optic, acesta din urmă având rolul de a distribui, controla, reflecta și/sau transmite regulat, difuz sau mixt fluxul luminos, astfel asigurându-se și o protecție vizuală a sursei de iluminat.

Principalele elemente componente ale unui corp de iluminat sunt:

sistemul optic:

elemente reflectante;

elemente transmițătoare;

elemente selectiv absorbante.

armătura, care conține elemente de fixare mecanică a lămpilor și a sistemului optic, conductoarele electrice de legătură și a aparatelor necesare funcționării surselor electrice de lumină.

sursa electrică de lumină. Sistemul optic trebuind să îndeplinească condițiile următoarele:

ușurință în instalare;

prețul de cost să fie unul acceptabil și cât mai redus;

o formă estetică bine definită și plăcută;

limita de funcționare să fie constantă și între limitele admise;

acces rapid pentru curățenie, schimbare surse sau reparații.

Corpurile de iluminat realizează următoarele funcții:

distribuie fluxul luminos emis de lămpi în mod dorit;

când luminația surselor este periculoasă pentru ochi, se diminuează;

modifică distribuția spectrală a fluxului emis de surse;

asigură protecția mecanică a surselor electrice;

asigură alimentarea cu energie electrică și izolează electric sursele față de elementul de construcție pe care sunt fixate.

III.1 Caracteristici luminotehnice specifice corpurilor de iluminat

randamentul corpului de iluminat (CIL), (fig. 3.1) acesta reprezintă raportul dintre fluxul luminos emis de corpul de iluminat și fluxul luminos emis de lămpile montate în corp:

Fig.3.1

(3.1) (3.2)

unde:

– fluxul luminos emis de lămpile montate în corp;

– fluxul luminos emis de corpul de iluminat;

n – numărul de lămpi;

– fluxul unei lămpi.

Curba de distribuție a intensității luminoase, este repartiția intensităților luminoase într-un plan care trece prin centrul corpului de iluminat al surselor punctuale (fig. 3.4).

Este necesară o singură curbă de distribuție a intensității luminoase (Fig 3.2), cu condiția ca aceasta să fie simetrică, în raport cu planele verticale ce conțin axa de simetrie a corpurilor de iluminat.

Fig. 3.2 Fig. 3.3 Fig.3.4

Dacă distribuția intensității luminoase în spațiu nu este simetrică (asimetrică), sunt necesare mai multe curbe de distribuție a intensității luminoase, fiecare dintre ele aparținând câte unui plan ce trece prin axa verticală a corpului (fig. 3.3).

Unghiul de protecție, este acel unghi în care ochiul nu poate privi direct elementele de lumină supărătoare ale sursei. Acest unghi are o importanță foarte mare pentru acele corpuri de iluminat la care sistemul optic emite radiații puternice ce pot provoca fenomenul de orbire la o privire directă către sursele de lumină. Unghiul de protecție pentru corpul de iluminat se determină cu relația 3.3 și este reprezentat în figura 3.5:

(3.3)

Fig. 3.5 Exemplu de calcul al unghiului de protecție

Factorul de depreciere, este raportul dintre fluxul luminos emis de corpul de iluminat , și fluxul inițial al aceluiași corp de iluminat , determinându-se cu relația:

(3.4)

Datorită depunerilor de praf pe sistemul optic, îmbătrânirii lămpii și datorită modificării caracteristicilor fotometrice, fluxul corpului de iluminat scade în timp. Pentru ca acesta să crească, este recomandat ca să fie curățat periodic, iar lampa corpului să fie schimbată după timpul de utilizare.

Factorul de amplificare, notat cu m, acesta este caracteristic corpurilor de iluminat cu distribuție neuniformă, relația fiind:

(3.5)

unde:

– intensitatea maximă luminoasă maximă a corpului, măsurându-se pe curba fotometrică.

– intensitatea luminoasă medie sferică a corpului de iluminat: (3.6)

Gradul de protecție, specifică faptul dacă respectivul corp este protejat împotriva agenților externi și atingerii parților sub tensiune.

Distribuția zonală a fluxului luminos, este utilizată în calculele fotometrice ale sistemelor de iluminat, fiind necesară cunoașterea unei părți din fluxul total al unui corp, emisă într-o anumită zonă.

În fig. 3.6 s-a reprezentat distribuția zonală a unui corp cu randamentul 85%:

Fig. 3.6

Curbele izolux spațiale, este definită ca fiind locul geometric al punctelor din spații în care iluminarea E, are aceeași valoare. Punctele se definesc prin distanța d, a punctului față de verticala corpului de iluminat și înălțimea de suspendare h. (figura 3.7)

Fig. 3.7

O curbă izolux se trasează conform relației de mai jos:

=> (3.7)

Dacă corpul de iluminat este simetric, locul geometric al punctelor E= dintr-un plan orizontal (H), va fi un cerc. Dacă corpul nu este simetric, se vor repeta cele de mai sus pentru fiecare plan meridian.

III.2 Clasificarea corpurilor de iluminat

După domeniul de utilizare:

Corpuri de iluminat obișnuit – având importanța cea mai mare, ele fiind destinate pentru suprafețele de lucru aflate la cel mult 30m față de corpul de iluminat. Sunt caracterizate prin faptul că fluxul luminos are o distribuție largă iar luminanța nu este ridicată.

Corpuri pentru iluminatul suprafețelor îndepărtate – mai sunt cunoscute sub denumirea de proiectoare, acestea caracterizându-se prin faptul că fluxul luminos este emis într-un unghi solid foarte mic, iar factorul de amplificare este unul foarte mare.

Corpuri pentru semnalizare – sunt acele corpuri care asigură o distingere ușoară a unor suprafețe pe care se găsesc semne sau texte de mare importanță în dirijarea circulației, avertizarea unor pericole.

Corpuri pentru protecție – folosite cu precădere în cinematografe

Corpuri pentru iradiat – acestea sunt folosite cu precădere în agricultură, medicină, zootehnie, industria lacurilor și a vopselelor.

După modul de distribuție a fluxului luminos în spațiu:

Corpurile cu distribuția directă a fluxului luminos – din punct de vedere economic acestea sunt cele mai avantajoase la același nivel de iluminare. Principalul avantaj al acestor corpuri constă în faptul că pot crea contraste mari, necesare punerii în evidență a unui lucru, suprafețe. Principalele dezavantaje ale acestui tip de proiectoare sunt: provocarea unor umbre pronunțate și tavanul încăperilor este slab iluminat, fiind un inconfort la vedere.

Corpurile cu distribuție semidirectă – asigură un confort vizual mai bun decât precedentul tip, dar sunt mai puțin economice decât acestea. Datorită confortului vizual pe care îl oferă, sunt des folosite, în raport cu primele.

Corpuri cu distribuție mixtă – acest tip este cel mai utilizat datorită faptului că au o serie de avantaje, cum sunt: nu provoacă umbre pronunțate și asigură un confort la vederea datorită faptului că iluminarea plafonului și pereților este una foarte bună.

Corpurile cu distribuție semiindirectă – costul este mai ridicat al instalației de iluminare la același nivel de iluminare, dar asigură un confort vizual foarte bun, umbrele dispărând aproape în totalitate, iar efectul de orbire prin contrast nu se produce, implicit un confort vizual foarte bun.

Corpurile cu distribuție indirectă – asigură cel mai bun grad de confort vizual, dar sunt cele mai puțin economice. Utilizarea acestora se face numai în cazuri deosebite când costul ridicat al iluminatului este justificat sau condițiile tehnice impun utilizarea acestora.

După locul de utilizare:

clasa A – corpurile pentru iluminatul interior;

clasa B – corpurile pentru iluminatul exterior;

clasa C – corpurile pentru iluminatul mijloacelor de transport;

clasa D – clasa pentru utilizări speciale.

După modul de montare:

corpuri montate pe plafon (cu tijă, lanț, cablu);

corpuri montate pe perete (aplice);

corpuri montate îngropat (în nișe special destinate);

corpuri portabile sau lămpi de masă, birou.

III.3 Corpuri de iluminat pentru lămpi cu filament incandescent

Acestea se clasifică în patru categorii principale:

corpuri pentru locuințe;

corpuri pentru săli de spectacole;

corpuri pentru punerea în evidență a unor obiecte sau decorativ;

corpuri pentru medii cu umiditate foarte ridicată și medii cu degajări de praf.

III.3.1 Corpul de iluminat cu glob opal

Sunt corpuri de iluminat cu lumină mixtă propriu-zise, echipate cu un difuzor din sticlă opală (glob opal), ce se prinde de armătură cu șuruburi sau prin filetare (fig. 3.8). Armătura aplicelor poate fi din porțelan sau materiale plastice, acestea fiind mai ieftine și mai ușor de manevrat.

Aceste corpuri de iluminat se folosesc cu precădere la iluminatul vestiarelor, grupurilor sanitare, coridoarelor etc., fiind echipate cu lămpi incandescente de 25-75W.

În afara corpurilor de iluminat descrise mai sus, se mai fabrică și cu construcție specială, acestea fiind destinate utilizării în condiții de exploatare ce impun anumite prevederi, mai ales din punct de vedere al tehnicii securității sau al protecției contra pericolului de explozie.

a) b) c)

Fig. 3.8 Corpuri de iluminat cu glob opal: a-pendul; b-platformă; c-aplică.

În figura 3.9 de mai jos s-a reprezentat două tipuri de curbe de distribuții a intensității luminoase pentru corpuri de iluminat cu glob opal:

Fig. 3.9

III.3.2 Corpuri de iluminat impermeabil

Acest tip de corp de iluminat este compus în glod de sticlă clară și apărătoare metalică vopsită sau emailată. Acesta este un corp de iluminat cu o lumină semidirectă, utilizat în medii conținând vapori de apă. (fig. 3.10).

Fig. 3.10 Corp de iluminat impermeabil tip EI-02

În figura 3.11 s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a unui corp de iluminat impermeabil de Tip EI-02:

Fig. 3.11

III.3.3 Corpuri de iluminat etanș

Acesta se compune dintr-o armătură metalică, cu un glob de sticlă transparentă și cu un coș de protecție din sârmă. Etanșarea globului se face prin intermediul unei garnituri de cauciuc și a unei flanșe de strângere. Aceste corpuri de iluminat sunt echipate cu lămpi incandescente având puterea maximă de 60W. (fig. 3.12)

Se utilizează la iluminatul băilor, sălilor de dușuri sau a altor încăperi similare, cu o umiditate ridicată.

Fig. 3.12 Corp de iluminat etanș tip SN-328

În fig. 3.13 s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a unui corp de iluminat impermeabil de Tip SN-328:

Fig. 3.13

III.3.4 Corpuri de iluminat antigrizutoase și antiexplozive

Acestea se execută în două variante:

III.3.4.1 Corpuri de iluminat antigrizutoase și antiexplozive în mod de protecție cu siguranță mărită, de tip LPEx 01

Acest tip de corpuri sunt destinate iluminatului general în mine. Se execută în construcție normală pentru medii fără pericol de explozie, sau în construcție specială, cu siguranță mărită, pentru utilizarea în medii cu gaz grizu ce prezintă pericol de explozie. Suspendarea se realizează printr-un cârlig. Etanșarea legăturilor la rețea fie printr-un niplu (de tip N) fie printr-o pâlnie de tip P (fig. 3.14).

Fig. 3.14

În fig. 3.15 s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a unui corp de iluminat antigrizutoase și antiexplozive în mod de protecție cu siguranță mărită, de tip LPEx

01:

Fig. 3.15

III.3.4.2 Corpuri de iluminat antigrizutoase și antiexplozive în mod de protecție cu siguranță mărită și cu capsulare antideflagrantă, de tip AV 02

Corpurile se echipează cu o lampă de vapori de mercur se 80W sau 125 W sau cu o lampă cu filament incandescent de 100W. Au gradul de protecție IP 54, carcasa se execută din aluminiu, iar tipul duliei este E-27. (fig. 3.16)

Fig. 3.16

În fig. 3.17 s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a unui corp de iluminat antigrizutoase și antiexplozive în mod de protecție mărită și cu capsulare antideflagrantă, de tip AV 02:

Fig. 3.17

III.4 Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente tubulare

Gama de fabricație a acestor tipuri de corpuri de iluminat este una largă, ele diferențiindu-se prin modul de distribuție al fluxului luminos, puterea și numărul tuburilor fluorescente.

Corpurile se clasifică în cinci categorii principale:

corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații industriale obișnuite;

corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații administrative, birouri, învățământ, magazine;

corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații de circulație;

corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru medii cu degajări de praf, umiditate sau în pericol de explozie;

corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru iluminat de siguranță.

Fiecărui tip de corp îi corespunde un simbol format din litere și cifre cu specificațiile: F – fluorescent; I – interior; R – cu reflector; D – cu dispersor; G – cu grătar; A – pentru montaj apartament; S – pentru montaj suspendat; SI – pentru montaj semiîngropat; P – protejat conta umidității și prafului.

Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații industriale obișnuite

Corpuri de tip FIA

Pentru spațiile obișnuite fără degajări suplimentare, de înălțime sub 4-5m, se utilizează iluminatul fluorescent, corpurile utilizate fiind de exemplu cele de tip FIA-11 (T8) (fig. 3.18). distribuția fluxului este semidirectă-mixtă, conducând la un important flux luminos pe plafon. Aceste corpuri nu sunt prevăzute cu grătar, de aceea se pot utiliza în încăperile de lucru joase. Acest tip de corpuri de iluminat se utilizează cu precădere la iluminatul holurilor, scărilor, încăperilor înalte, magazine, depozite etc.

Fig. 3.18

Corpuri de iluminat de tip FIA-11 (T8)

În figura 3.19, de mai jos, s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a corpului de iluminat de tip FIA-11 (T8):

Fig. 3.19

Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații administrative, birouri, învățământ, magazine

Corpuri de tip FIAG

Acest tip de corp este prevăzut cu un grătar pentru protecția vizuală, iar reflectorul este perforat, asigurând o distribuție semidirectă a fluxului luminos. Acestea se pot monta direct la plafon sau suspendate prin tije. Acest tip de corpuri de iluminat, FIAG-11 (fig. 3.20) sunt recomandate a fi utilizate în încăperile de lucru joase, în iluminatul încăperilor din învățământ, proiectare, social administrative, industrie etc.

Randamentul luminos al acestui tip de corpuri de iluminat este unul aproximativ, de 70% pentru 2 lămpi și 68% pentru 4 lămpi.

Fig. 3.20 Corpuri de iluminat de tip FIAG-11

În figura 3.21, de mai jos, s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a corpului de iluminat de tip FIAG-11:

Fig. 3.21

Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru spații de circulație

Corpuri de tip FIDI

Este un panou luminos (fig. 3.22) ce este echipat cu una, două sau patru lămpi și prevăzut a se monta îngropat. Suprafața transmițătoare este difuză, asigurând protecția totală la privirea directă a lămpilor. Au ca dezavantaje: o manevrare greoaie, datorită masei mari și nu asigură o componentă a fluxului pe plafon. Acest tip de corp se utilizează în încăperile unde se cere o bună protecție vizuală cu condiția ca plafonul să fie iluminat pe o altă cale.

În figurile de mai jos s-a reprezentat un corp de iluminat de tip FIDI-06:

Fig. 3.22 Corp de iluminat de tip FIDI-06

În figura 3.23, de mai jos, s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a corpului de iluminat de tip FIDI-06:

Fig. 3.23

Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru medii cu degajări de praf, umiditate sau pericol de explozie

Corpuri de tip FIPA și FIPRA

Acestea au un grad ridicat de protecție IP 54. Se echipează cu unul sau două tuburi pentru aprindere directă, fără starter. Distribuția fluxului luminos este asemănătoare cu cea dată de corpurile FIA.

Randamentul corpurilor FIPA echipate cu o lampă este de aproximativ 96% și de 92% la cele cu 2 lămpi, iar cele FIPRA echipate cu o lampă este de 88% și de 74% la cele cu 2 lămpi.

Corpuri de tip CFS

Acest tip de corp de iluminat (fig. 3.24) se execută pentru un grad de protecție IP 54, în variantele:

antigrizutos – antideflagrant

antiexploziv – antideflagrant

Este executat într-o construcție robustă, ceea ce-l face mai greu de manevrat, mai ales înălțimi ridicate. Carcasa este realizată din zamac, turnat sub presiune, vopsit, dispersorul este realizat din policarbonat, grătarul din tablă de oțel, vopsit. Prezintă de asemenea capsula antideflagrantă la compartimentul aparataj, optic și securitate mărită la cutia de borne. Randamentul acestui tip de corp de iluminat este de 70%.

Fig. 3.24 Corp de iluminat de tip CFS-03

În figura 3.25, de mai jos, s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a corpului de iluminat de tip CFS-03:

Fig. 3.25

Corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente pentru iluminat de siguranță

Corpuri de tip CISA

Aceste sisteme de iluminat (figura 3.26) au rolul de a funcționa când iluminatul normal se întrerupe din cauze voite sau independente. Ele pot fi alimentate permanent (simultan cu iluminatul natural) și nepermanent, prin conectare automată la întreruperea iluminatului normal. În general sistemele de iluminat de siguranță și alimentarea lor sunt reglementate de normele internaționale și de cele specifice naționale.

Corpurile de iluminat de siguranță se realizează în mai multe tipuri constructive, prezentate în fig. 3.27 de mai jos:

Fig. 3.27

Fig. 3.26 Corp de iluminat de tip CISA-02M

În figura 3.28, de mai jos, s-a reprezentat curba de distribuție a intensității luminoase a corpului de iluminat de tip CISA-02M:

Fig. 3.28

III.5 [NUME_REDACTAT] corpuri de iluminat sunt etanșe, utilizate cu precădere pentru iluminatul suprafețelor îndepărtate față de poziția acestora. Fluxul luminos este concentrat într-un unghi solid mic, astfel încât factorul de amplificare este mult mai mare decât la corpurile normale. Acuratețea factorului permite un control perfect al fluxului luminos și o reducere considerabilă a fluxului de orbire.

III.5.1 Principiul de funcționare. Tipuri constructive

Fluxul luminos se realizează cu un sistem optic, de obicei reflector parabolic, acesta distribuind fluxul emis de corp în direcția dorită sub forma unui con strâns cu raze paralele. În figura 3.29 s-a reprezentat sistemul optic al unui proiector. Reflectorul este format din doi paraboloizi, unul principal A și altul secundar B, care are același focar ca și primul, dar distanța focală mai mare. Paraboloizii sunt legați într-o zonă C, cu centrul în focarul reflectorului.

Fig. 3.29

Zona C are rolul de a reflecta fluxul luminos pe paraboloidul A și prin aceasta să mărească utilizarea fluxului.

Carcasa proiectorului are rolul de a proteja elementele proiectorului de factorii de mediu (ploi, vânt, îngheț etc.). Aceasta se construiește din tablă de aluminiu, fibră de sticlă sau alte materiale suficient de rezistente la acești factori. Carcasa mai mare prevăzută pe suprafața sa, fanta sau orificii necesare degajării căldurii produse de lampă, mai ales dacă aceasta este de o putere mare.

Locașul lămpii servește pentru fixarea sursei de lumină și pentru alimentarea cu energie electrică a acestuia. Acesta mai permite ridicarea sau coborârea lămpii pe verticală, astfel ca centrul filamentului sau al corpului luminos să de afle în focarul oglinzii.

Lentila este unul din elementele sistemului optic având rolul de a dirija fasciculul luminos emis de lampă. Proiectoarele folosesc în general lentile sferice, Fresnel și mai nou, led.

Oglinda este cea de a doua componentă a sistemului optic. Ea se montează în spatele sursei și reflectă toate razele luminoase care o întâlnesc. Centrul corpului luminos al lămpii găsindu-se în focarul oglinzii, razele reflectate vor fi paralele cu axa optică principală a oglinzii. Acesta fascicul paralel va fi îndreptat spre lentilă adăugându-se astfel razelor luminoase emise direct de către sursă. În acest mod, oglinda contribuie la creșterea randamentului luminos al aparatului.

Proiectoarele folosesc, în special, oglinzi sferice concave. Există și aparate care utilizează oglinzi parabolice sau elipsoidale. Oglinzile confecționate din metal sau sticlă, sunt detașabile, iar uneori, pot fi doar rabatabile.

În figura 3.30, de mai jos, s-a reprezenta câteva tipuri constructive de proiectoare:

a)oval b) cu senzor c) subacvatic

d)simetric e) asimetric f) circular

Fig. 3.30 Tipuri de proiectoare

Cu cât dimensiunile corpului luminos fixat în focarul paraboloidului sunt mai mici, cu atât este mai mic unghiul de dispersie al conului de raze reflectate.

Caracteristici principale ale proiectoarelor:

randamentul;

unghiul util de dispersie;

curbele intensităților luminoase sau curbele fotometrice;

intensitate luminoasă maximă.

Randamentul proiectoarelor se exprima prin raportul dintre fluxul luminos util al proiectorului și fluxul izvorului luminos. Acestea sunt destinate iluminatului fațadelor clădirilor, hotelurilor, supermarketurilor, monumentelor, statuilor, parcărilor, complexelor comerciale, panourilor publicitare, aeroporturilor sau în orice alt loc unde este nevoie de un iluminat de calitate.

III.6 Variatoare de flux luminos

Asigurarea unei ambianțe cât mai speciale este o cerință din ce în ce mai des întâlnită, în tot mai multe programe de arhitectură. Dacă acum câțiva ani acest lucru era valabil doar pentru aplicații de tipul studiourilor de televiziune sau sălilor de spectacol, în prezent spațiile multifuncționale ale clădirilor de birouri, galeriile comerciale, restaurantele sau locuințele de un anumit standard sunt în mod curent dotate cu dispozitive (dimmere sau variatoare de tensiune) care să permită reglarea nivelului fluxului luminos al lămpilor. În figura 3.31, de mai jos, s-a reprezentat donă tipuri constructive de variatoare de tensiune:

Fig. 3.31 Tipuri de variatoare de tensiune

Pe lângă crearea unei ambianțe intime, utilizarea variatoarelor asigură și alte avantaje. Unul dintre acestea, deloc neglijabil, este prelungirea duratei de funcționare a surselor de iluminat. S-a demonstrat în mod experimental că pentru o diminuare cu numai 5% a valorii tensiunii de alimentare se obține dublarea duratei de viață a surselor de tipul celor cu incandescență clasice sau cu halogen, alimentate la 220 V sau la foarte joasă tensiune.

Tipurile avansate de variatoare asigură în mod suplimentar și funcțiunea generic numită «soft start». La acționarea variatorului, amorsarea lămpii se realizează în mod progresiv până la atingerea nivelul maxim (sau a unuia prestabilit) al tensiunii. Această funcțiune este deosebit de importantă, mai ales în cazul surselor cu incandescență. În cazul unui întreruptor obișnuit, la amorsarea lămpii, filamentul este parcurs brusc de curentul electric, fiind astfel supus unui șoc termic ce poate duce la defectarea sa. O amorsare progresivă «soft start» reduce acest risc și, implicit, prelungește durata de exploatare a sursei.

Un alt avantaj important este și economisirea energiei electrice. Percepția luminii de către ochiul uman nu se realizează în mod linear. Cercetările au demonstrat că este nevoie de o reducere cu cel puțin 10% a nivelului fluxului luminos pentru ca aceasta să poată fi observată și conștientizată. Acestei reduceri a nivelului fluxului luminos îi corespunde o economie de energie de aproape 10%. Pentru o scădere cu 50% a nivelului fluxului lămpii se realizează o economie de energie de aproximativ 40%.

III.6.1 Principiul de funcționare al variatoarelor

Reglarea nivelului fluxului luminos se realizează prin alimentarea cu energie a surselor de iluminat pentru un timp mai mic sau egal cu cel corespunzător unei semiperioade a ciclului alternativ sinusoidal de generare a curentului electric. Tipul «standard» de variator existent în prezent realizează acest lucru cu ajutorul tiristorului (sau triacului) care intră în componența sa (figura 3.32).

Fig. 3.32 Schema de principiu a unui variator de tensiune

Tiristorul (triacul) întrerupe trecerea curentului electric de fiecare dată când acesta își schimbă polaritatea (de 100 de ori pe secundă în cazul unei frecvențe de 50 Hz). Deblocarea circuitul se realizează numai după ce semiconductorul este «deschis» cu ajutorul unui semnal de control. Valoarea curentului crește brusc de la zero la cea instantanee corespunzătoare acelui moment.

Momentul «deschiderii» tiristorului este reglat (prin acționarea dimmerului) în funcție de efectul dorit: înainte, după sau chiar în momentul de maxim al sinusoidei. Nivelul fluxului luminos este direct proporțional cu timpul cât sursa de lumină este parcursă de curent.

Cel de-al doilea mod de reglare este specific variatoarelor echipate cu tranzistori, modificarea sinusoidei realizându-se în mod «descendent», adică de la o valoare instantanee oarecare a intensității curentului către valoarea zero. Tranzistorul oferă (asemeni tiristorului) posibilitatea întreruperii, respectiv deblocării circuitului, permițând de asemenea și controlul gradual al descreșterii curentului prin circuit. În acest mod este eliminată apariția vârfurilor de curent ce pot apărea la deblocarea circuitelor, în cazul variatoarelor cu tiristor.

În al doilea rând este înlăturat și efectul perturbațiilor electrice, ce pot afecta atât sursele de lumină cât și circuitele de alimentare ale acestora, produse de tiristor la deschiderea circuitului, în timpul fiecărei semiperioade a sinusoidei (deci de 100 de ori pe secundă). Sarcinile inductive (așa numitele «șocuri») ce intră în construcția variatoarelor «standard» în scopul atenuării acestor perturbații și disipării energiei, sunt cunoscute pentru dimensiunile mari, căldura și mai ales zgomotul inevitabil pe care îl produc.

CAPITOLUL IV

INFLUENȚA CALITĂȚII TENSIUNII DE ALIMENTARE ASUPRA PARAMETRILOR FUNCȚIONALI AI LĂMPILOR FLUORESCENTE TUBULARE

IV.1 [NUME_REDACTAT]

Aceste tipuri de lămpi este cu descărcări în vapori de mercur la joasă presiune, iar în tub fiind un amestec de gaze, de obicei krypton și argon, și în mod obligatoriu un miligram de mercur. Tubul este confecționat din sticlă astfel încât să absoarbă radiațiile ultraviolete în proporție de peste 98%, iar în partea interioară a acestuia, fiind pulverizat un strat fin de material fluorescent. În momentul descărcării electric, are loc o intensă radiație în ultraviolet, fiind astfel transformate în domeniul vizibil prin intermediul stratului fluorescent aplicat pe interior. Acest strat determină eficiența și calitatea luminii.

În cazul tuburilor fluorescente, în interiorul tubului are lor descărcarea electrică, dimensiunile acestuia fiind cuprinse între 16-38mm diametru, în interior fiind prevăzut cu strat fluorescent, iar cei doi electrozi sunt plasați la capetele tubului din sticlă. Cei doi electrozi sunt construiți în principal din filament de wolfram, fiind acoperiți cu un strat subțire de pământuri rare și active.

În funcție de fluxul luminos nominal al lămpii, se determină și lungimea acestuia. În mediul gazos din tub se produce descărcarea electrică unde are loc și amorsarea, iar apoi mercurul se vaporizează, dezvoltându-se astfel descărcarea în vapori metalici. Amorsarea descărcării se produce la o tensiune ridicată de 2,5kV, aceasta obținându-se cu ajutorul starter St (fig. 4.1). Acesta este format de un tub de descărcare G, având dimensiuni relative reduse, în paralel fiind un condensator Cs , cu rol principal de limitare a perturbațiilor la frecvența înaltă. Tubul G, de descărcare are un conținut în interior de neon și doi electrozi Ea (formă liniară) și Eb (element bimetalic).

Dacă la bornele de alimentare se aplică tensiune alternativă de 230 V, între electrozii Ea și Eb se inițiază o descărcare luminiscentă. Căldura dezvoltată în tubul G conduce la deformarea elementului bimetalic Eb până la atingerea celor doi electrozi. Curentul de scurtcircuit rezultat (de circa 1,5 mai mare decât curentul nominal) determină încălzirea rapidă a celor doi electrozi (filamente) E1 și E2 până la circa 800C.

În tubul G, atingerea celor doi electrozi Ea și Eb ai starterului (circa 0,3 s) conduce la dispariția descărcării electrice, răcirea elementului bimetalic și revenirea sa la forma inițială. La întreruperea circuitului între electrozii Ea și Eb ai starterului, la bornele bobinei B apare un impuls de tensiune (circa 2,5 kV) care determină străpungerea spațiului între electrozii E1 și E2 .

În cazul în care în tubul T nu a avut loc inițierea descărcării, întregul proces de aprindere se reia. Descărcarea se inițiază în amestecul gazos de bază apoi are loc vaporizarea mercurului și continuarea descărcării în vapori de mercur. Tensiunea la bornele tubului UT , după amorsarea acestuia, este mai mică decât tensiunea de aprindere a starterului [UT = (0,3 0,6) Ur], încât starterul nu mai are în continuare niciun rol.

Starterul are următoarele funcțiuni:

asigurarea preîncălzirii filamentelor tubului principal;

realizarea unei deschideri bruște a circuitului electric inductiv astfel încât la bornele bobinei B să se obțină o tensiunea ridicată;

limitarea perturbațiilor de înaltă frecvență în perioada inițială de aprindere a lămpii.

Bobina B trebuie să asigure aprinderea lămpii, dar are și rolul de a limita curentul electric de preîncălzire în perioada de aprindere a lămpii precum și de a stabiliza descărcarea electrică în zona impusă EF a caracteristicii tensiune-curent electric a lămpii (limitarea curentului prin tubul principal în regimul normal de funcționare).

Tubul de descărcare T este conectat în circuit prin intermediul soclurilor S1 și S2 , cu doi electrozi.

Condensatorul CR are rolul de a asigura îmbunătățirea factorului de putere al lămpii. Durată ridicată de viață, eficiența luminoasă mare și o redare a culorilor satisfăcătoare, au dus la o utilizare răspândită a acestor lămpi.

Principalele avantaje ale acestor lămpi:

durată de viață ridicată (16 000 ore);

eficiență luminoasă ridicată: 75 110 lm/W;

o bună redare a culorilor;

multitudine de variante constructive;

permiterea reglării continue a fluxului luminos până la 1%;

nu sunt sensibile la variații de tensiune față de lămpile cu incandescență (fig. 2.17);

luminanță redusă (0,4 1,7 cd/cm2).

Câteva dezavantaje ale lămpilor tubulare:

fluxul luminos al lămpii este puternic dependent de temperatură; valorile optimale ale temperaturii mediului ambiant sunt de la 25C până la 35C;

datorită bobinei de limitate B rezultă un factor de putere natural de circa 0,6; pentru îmbunătățirea factorului de putere este prevăzut un condensator de o anumită valoare (dacă nu se iau alte măsuri);

dimensiuni mari;

costuri relativ mari;

durata de viață este sensibilă la frecvența conectărilor (în cazul unei frecvențe reduse a conectărilor crește durata de viață);

lampa fluorescentă este un receptor puternic neliniar; datorită caracteristicii neliniare a lămpii curentul electric absorbit are o formă distorsionată în raport cu o sinusoidă; curentul electric cuprinde armonici de valoare ridicată.

IV.2 Scheme electrice de montare a tuburilor fluorescente la rețea

Deoarece lămpile fluorescente funcționează pe zona cu pantă negativă a caracteristicii volt – amper statice a descărcării în gaze inerte, conectarea la sursa de alimentare se face prin intermediul dispozitivelor de pornire-reglare care, în principiu, stabilizează regimul de funcționare al arcului electric. Ansamblul lampă-dispozitiv de pornire-reglare poartă numele de montaj cu lămpi fluorescente.

Aceste montaje pot fi alimentate cu tensiuni continue, de frecvență industrială sau de frecvență ridicată și trebuie să satisfacă următoarele cerințe calitative:

limitarea pâlpâirii fluxului luminos și reducerea procesului de armonici în forma de undă a curentului;

factor de putere ridicat pentru o utilizare rațională a sursei de alimentare;

impedanță ridicată în audiofrecvență.

IV.2.1 Montaje cu lămpi fluorescente alimentate cu tensiuni de frecvență industrială

În cazul tensiunilor de alimentare de frecvență industrială, dispozitivele de pornire reglare trebuie să asigure: impulsul de tensiune necesar amorsării, stabilizarea descărcării în arc cu pierderi minime de energie, atenuarea armonicelor de rang superior în forma de undă a curentului și evitarea regimului de funcționare cu pauze de curent.

Lămpile fluorescente se pot conecta la rețea după o multitudine de scheme, dar la noi în țară, s-au impus montajele cu aprindere rapidă, fără starter. În toate variantele, ca elemente de limitare-stabilizare a descărcării se utilizează impedanțe cu caracter inductiv sau capacitiv. De menționat faptul că balasturile rezistive sunt neeconomice energetic și generează un regim de curent întrerupt, iar balasturile pur capacitive conduc la funcționarea în impulsuri a lămpii și amplifică regimul deformant.

IV.2.1.1 Montaje cu aprindere cu starter

Rolul acestuia este de a închide circuitul care este format din electrozii lămpii și balast (drosel), după care sa-l întrerupă brusc. Datorită variației foarte mari a curentului prin balast se generează un impuls de tensiune acesta amorsând lampa. Starterele sunt de diverse tipuri constructive (manuale, termice, magnetice, electronice etc.) dar la montajele cu balast inductiv, capacitiv sau combinații ale acestora, s-a impus starterul cu licărire.

Montajul cu balast inductiv (figura 4.2-a) se obține prin înserierea lămpii fluorescente cu o bobină D cu miez de fier și întrefier, a cărei caracteristică externă este puternic crescătoare. Factorul de putere al montajului este inductiv și are o valoare 0,3…0 ,5 ce depinde de puterea lămpii și tensiunea de alimentare.

Montajul cu balast capacitiv (figura 4.2-b) are elementul de limitare stabilizare a descărcării format din ansamblul serie drosel normal D, condensatorul C, astfel încât lampa să funcționeze la curentul nominal. Factorul de puterea al montajului este capacitiv 0,35…0 ,65 și depinde de puterea lămpii, tensiunea de alimentare și toleranța condensatorului utilizat.

b)

Fig.4.2 a) montaj cu balast inductiv; b) montaj cu balast capacitiv

S – starter cu licărire; LF – lampă fluorescentă; D – drosel; C – condensator;

BI – balast inductivl; BC – balast capacitiv.

Montajul duo (figura 4.3) se face prin conectarea în paralel a unui montaj inductiv cu unul capacitiv. Astfel, efectul stroboscopic este eliminat datorită defazajului de circa 120° electrice între curenții lămpilor și între fluxurile luminoase emise. O altă soluție de diminuare a efectului stroboscopic constă în folosirea defazajului existent între tensiunile de gază ale rețelei, situație în care se conectează, succesiv pe cele trei faze, lămpi în montaj inductiv sau capacitiv. Factorul de puterea al montajului duo este 0,95 (inductiv sau capacitiv, funcție de valoarea condensatorului din balastul capacitiv).

În cazul în care corpul de iluminat este prevăzut cu patru surse de lumină, se utilizează montajele dublu duo, obținute prin conectarea în paralel a două montaje duo. Dacă în același corp de iluminat există trei surse de lumină, două se vor conecta după schema duo, iar cealaltă în montaj inductiv sau capacitiv.

Montajul tandem (figura 4.4-a) permite alimentarea în serie a două lămpi de 20W prin intermediul unui balast inductiv sau capacitiv, destinat lămpilor de 40W. montajul lucrează la un factor de putere de 0,4…0,5 și este frecvent întâlnit la corpurile de iluminat echipate cu două lămpi LFA 20.

Montajul dublu duo (figura 4.4-b) rezultă din conectarea în paralel, pe același corp de iluminat, unul cu balast inductiv iar celălalt cu balast capacitiv. Ansamblul are avantajele prezentate la montajele duo și lucrează la un factor de putere de 0,95.

a)

b)

Fig. 4.4 a) Montaj tandem; b) Montaj dublu tandem

IV.2.1.2 Montaje cu aprindere rapida

Montajele cu aprindere rapidă, fără starter, utilizează lămpi cu electrozi preîncălziți sau permanent încălziți. Filamentele sunt triplu spiralate pentru a asigura o încălzire mai rapidă și se plasează în interiorul inelelor anodice, ce le protejează de bombardamentul electronic în regim normal de funcționare al lămpii. Schemele de montaj sunt astfel concepute încât să asigure o tensiune de aprindere suficientă amorsării lămpii în condiții neprielnice. În timpul funcționării, curentul prin filament este diminuat dacă circuitul de preîncălzire nu este întrerupt.

Dacă temperatura mediului ambiant este scăzută sau rețeaua prezintă fluctuații importante de tensiune, se recomanda schemele cu circuite cvasi-rezonanțe la amorsare. Una din cele mai folosite scheme de acest tip (figura 4.5), având în componență două inductanțe L și L1, dispuse pe un circuit magnetic comun, cu miez de fier și întrefier. La punerea sub tensiune a schemei, inductanța totală a bobinei este redusă (înfășurările L1 și L sunt conectate diferențial). Prin înserierea unui condensator C, apare o rezonanță de curenți ce conduce la preîncălzirea intensă a filamentelor.

Deoarece frecvența de rezonanță a circuitului este mai mică cu puțin decât 50Hz, apare o supratensiune la bornele condensatorului C, care aplicată lămpii, va conduce la amorsarea acesteia. Avantajele acestui tip de montaj constau în factorul de putere ridicat 0,93…0,95 inductiv, amorsări sigure la variații de ±10% ale tensiunii de alimentare și la temperaturi de până la -15°C, impedanță ridicată audiofrecvență și filtrarea armonicilor de rang superior.

Fig. 4.5 Montaj cu cvasi-rezonanță la amorsare

IV.3 Standul experimental