ARGUMENT
Lumina este un fenomen evident si misterios in acelasi timp.
De-a lungul timpului imaginea perceputa in legatura cu acest
fenomen s-a schimbat dramatic. Primele teorii reale legate de
lumina au fost emise de greci in antichitate. Multe dintre aceste
teorii presupuneau ca lumina este o raza, o linie dreapta care se
misca de la un punct la altul. Cercetatorii arabi au preluat aceste
idei si le-au dus mai departe, dezvoltand ceea ce este cunoscut sub
numele de optica geometrica aplicarea metodelor geometrice la
optica lentilelor, oglinzilor si prismelor. In secolul al XVII-lea
oamenii de stiinta europeni au descris teoria ondulatorie, care
sustine ca un corp luminous provoaca o serie de valuri sau vibratii
in eter (un mediu invizibil care umple spatial gol dintre obiecte).
Newton a propus o abordare diferita anume aceea care descrie lumina
sub forma de corpusculi, sau particule. Studiile ulterioare au
demonstrat ca toate aceste teorii sunt gresite si corecte in
acelasi timp si toate sunt utile in descrierea unor componente ale
luminii. Albert Einstein a studiat efectul fotoelectric si a emis
teoria dualitatii luminii: val si particula (proton). Astazi
fizicienii accepta natura duala a luminii. Lumina alba emisa de
corpurile de iluminat este alcatuita din toate culorile spectrului
amestecate, si se poate obtine prin incalzirea suficient de
puternica a unui obiect. Caldura este cel mai comun mod de a
vizualiza generarea luminii: un bec incandescent de 75 de watti
genereaza lumina folosind electricitatea pentru a crea caldura.
Filamentul opune rezistenta la trecerea curentului electric, iar
aceasta rezistenta transforma energia electrica in caldura. Caldura
este suficienta pentru a face filamentul sa straluceasca. Din
pacate acest lucru nu este foarte eficient, pentru ca cea mai mare
parte a energiei se pierde prin caldura. Un bec incandescent
obisnuit produce aproximativ 15 lumeni/watt de putere de intrare,
pe cand un bec fluorescent produce intre 50 si 100 lumeni per watt.
Calitatea luminii afecteaza activitatea oamenilor in moduri
diferite. Iluminatul de calitate creste calitatea vietii.
Producatorii de corpuri de iluminat fac eforturi de imbunatatire a
eficientei energetice si de reducere a costurilor pentru iluminat.
Iluminatul la nivel corespunzator contribuie la marirea
productivitatii muncii, la reducerea numarului de accidente, la
evitarea erorilor.
Capitolul 1CORPURI DE ILUMINATGENERALITATI
Lumina este o radiatie sau un complex de radiatii
electromagnetice, emise de corpuri incandescente sau luminiscente
si care impresioneaza ochiul. Pentru ochiul uman se considera ca
lumina mijlocie a zilei senine de vara este lumina alba care
contine toate radiatiile spectrului vizibil. Fiind data de soare,
lumina alba este caracterizata prin temperatura de culoare de 6000
K, deoarece aceasta este valoarea temperaturii sursei de
lumina.Fiecare tip de lampa electrica este caracterizata printr-un
ansamblu de proprietati fizico-chimice energetice, fotometrice,
colorimetrice, de gabarit etc., ce determina modul de utilizare si
destinatia.Iluminarea este cantitatea de lumina, sau de flux
luminos, primita de unitatea de suprafata. Datorita faptului ca in
multe cazuri se foloseste prea putina lumina sau prea multa decat
este necesar pentru derularea unui anumit tip de activitate,
nivelul de iluminare trebuie masurat cu un Lux-metru, valorile
masurate fiind comparate cu standardele in vigoare pentru locatii
diferite, puterea efectiv consumata de lampile montate se va masura
cu un cleste wattmetric.Instalatiile de iluminat electric trebuie
sa realizeze un anumit nivel de iluminare, concomitent cu
ndeplinirea unor conditiide calitate, reclamate de caracterul
subiectival iluminatului. n afara de acestea, instalatiile de
iluminat (artificial-electric) trebuie sa aiba, pentru a fi
economice, o mare adaptibilitate la conditiile variate de
functionare, data fiind corelatia strnsa cu iluminatul natural.
Iluminatul fluorescent este eficient si economic. Eficacitatea
luminoasa (lumen/watt) a tuturor lampilor fluorescente este
ridicata comparativ cu a altor surse luminoase.Culoarea nominala a
lampilor TLD creeaza o anumita atmosfera, care variaza de la alb
cald, pana la alb rece lumina zilei.Culoarea nominala este
determinata de temperatura de culoare a lampii. Din necesitataea
practca de formare la elevi, a deprinderilor corecte de munca si
aplicarii n practica a cunostintelor teoretice si tehnologice
precum si formarea deprinderilor de aplicare la fiecare loc de
munca a normelor de protectie a muncii, cele de prevenire a
incendiilor si normelor igienico-sanitare si tinnd cont de
conditiile pe care spatiul le ofera, s-a conceput un simulator de
instalatie de iluminat exterior n cadrul atelierului electric.
1.1. CLASIFICAREA INSTALATIILOR ELECTRICE DE ILUMINAT
a) n raport cu locul de amplasare a instalatiilor:- de iluminat
interior- de iluminat exterior- de iluminat etanse- de iluminat
special: vitrine, expozitii, etc. (figura 1)
Figura 1. Vitrina iluminata cu led-urib) Dupa natura surselor de
lumina:- cu lampi cu incandescenta- cu lampi fluorescente - cu
lumina mixta, utiliznd combinatii de lampi din ambele categoriic) n
functie de directia luminii emise:- iluminat dirijat - iluminat
difuzd) Dupa amplasarea corpurilor de iluminat n raport cu
suprafetele iluminate:- iluminat general - iluminat local -
iluminat combinat (figura 2)
Figura 2. Iluminat combinat: a) iluminat general; b) iluminat
local
e) n functie de destinatia instalatiei de iluminat:- iluminat
normal- iluminat de siguranta- iluminat de paza
1.2. INSTALATIA DE ILUMINAT
Dupa modul de producere a radiatiilor luminoase, sursele de
lumina (lamipile) se clasifica n urmatoarele categorii:A) Lampi cu
incandescenta, la care energia electrica este folosita pentru
ncalzirea filamentului pna la temperaturi ridicate. Filamentul
incandescent emite energie sub forma de radiatii, a caror putere si
compozitie spectrala sunt determinate de legile radiatiei
termice;B) Lampi cu descarcari n care lumina este produsa printr-o
descarcare luminescenta ntr-un amestec de mai multe gaze si vapori
metalici;C) Lampi fluorescente, n care lumina este emisa n
principal de un strat de substanta fluorescenta;
Capitolul 2LAMPI ELECTRICE CU INCANDESCENTA
Conform legislatiei europene, intre 2009 si 2012, tarile din UE
trebuie sa renunte la becurile incadescente, care sunt considerate
ineficiente. Pana in 2020, tarile din blocul comunitar trebuie sa
reduca consumul de energie cu 20%. Desi sunt cele mai ieftine, se
considera ca pentru protectia mediului, este indicat sa se renunte
la ele.Izvoarele incandescente de lumina sunt corpuri incalzite la
o anumita temperatura suficient de ridicata, astfel incat sa fie
radiata in domeniul vizibil o cantitate perceptibila. Toate
caracteristicile radiatiei unui corp incandescent sunt complet
determinate de temperatura corpului incandescent.
2.1. CONSTRUCTIA SI PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL LAMPILOR
ELECTRICE CU INCANDESCENTALa lampile electrice cu incandescenta,
emisia luminoasa se produce prin incalzirea la o temperatura
cuprinsa intre 2000C si 3000C a unui filament din wolfram, un metal
greu fuzibil; incalzirea este produsa prin trecerea curentului
electric. Lampa cu incandescenta normala este compusa (figura 3)
dintr-un balon de sticla sudat cu un piciorus compus la randul sau
dintr-un disc, un tub de evacuare, un bastonas si doi electrozi. De
cei doi electrozi sunt fixate capetele spiralei de wolfram care mai
este sustinuta de unul sau de mai multe carlige de molibden infipte
in lentila de la capatul superior al bastonasului.Electrozii 5 sunt
formati din trei parti distincte:- o parte aflata in interiorul
lampii si care sustine spirala. Aceasta parte este confectionata
din nichel, fier nichelat sau monel (un aliaj cupru-nichel) in
cazul lampilor umplute cu gaz inert, si din cupru in cazul lampilor
cu vid;- o parte aflata in exteriorul lampii, confectionata din
cupru si care are rolul de conductor electric facand legatura cu
soclul lampii;- o parte intermediara aflata in portiunea aplatizata
a piciorusului si confectionata dintr-un material special - dumet
care are acelasi coeficient de dilatare radiala ca si sticla de
plumb din care este confectionat piciorusul. Sudura dumet-sticla
este o sudura etansa.La extremitatea inferioara a balonului se
fixeaza, cu ajutorul unui chit special termorezistent, soclul care
poate fi de tip Edison (E) cu filet special (figura 4, a) sau de
tip baioneta cu stifturi (figura 4, b). Soclurile utilizate sunt de
diferite dimensiuni, dependente de puterea becului si se fabrica
conform standardelor in vigoare.
Figura 3. Bec (lampa) cu incandescenta
a) b)Figura 4. Socluri pentru lampi electrice: a) cu
incandescenta tip Edison si b) tip baionetaDimensiunile principale
ale soclurilor uzuale, prezentate in figura 4, sunt precizate in
tabelul 1. Marimea Tipul
E27 E40 E22
D mmH mmd mm 27 25-35 - 40 45 - 26 27 22
Tabelul 1. Dimensiunile soclurilor pentru lampi cu incandescenta
de uz general
Wolframul incalzit este foarte oxidabil si de aceea in
interiorul balonului se creeaza vid sau se introduce un gaz
inert.Eficacitatea luminoasa a unei lampi cu incandescenta este la
lampile normale in jur de 10-15 lumeni/Watt. Ea este aproximativ
proportionala cu puterea a 5-a a temperaturii filamentului, de
aceea este important ca filamentul sa fie incalzit la o temperatura
cat mai ridicata (aceasta este si in avantajul culorii, care trece
dinspre galbui spre alb, o data cu cresterea temperaturii). Odata
cu ridicarea temperaturii creste insa si viteza de evaporare a
metalului din care este realizat filamentul, iar durata de
functionare a lampii scade, deoarece filamentul se intrerupe ca
urmare a topirii in zona sectiunii reduse din cauza evaporarii; in
acelasi timp, prin condensarea metalului evaporat pe peretii
interiorului ai balonului, acesta se innegreste si fluxul luminos
scade.Daca in balon este introdus un gaz inert, cu cat presiunea sa
si greutatea moleculara este mai mare, scade probabilitatea ca
particulele de wolfram ce s-au desprins de filamentul prin
evaporare sa se depuna pe peretii balonului de sticla si creste
probabilitatea ca ele, dupa ciocniri, sa revina pe filament. In
acest scop se foloseste o atmosfera din azot, cripton sau dintr-un
amestec azot-argon. Deoarece, ca urmare a existentei atmosferei
gazoase, cresc si pierderile de energie termica prin conventia
gazului, eficacitatea luminoasa se micsoreaza. Lampile electrice cu
filament incandescent cu halogeni au in interiorul balonului
(confectionat din cuart, pentru a rezista la temperaturi mai mari)
o anumita cantitate de fluor, brom sau iod. Halogenii au
proprietatea de a se combina cu wolframul la temperaturi scazute,
formand o halogenura ce se descompune la temperaturi ridicate.
Astfel, particulele de wolfram depuse pe balonul de cuart se compun
cu halogenul si formeaza o halogenura ce trece din nou in atmosfera
din balon. In urma curentilor convectivi din balon, halogenura
ajunge in apropierea filamentului unde se descompune, iar wolframul
se depune pe filament si halogenul ramane in atmosfera din balon.
Deoarece aceste fenomene au un caracter ciclic si duc la
regenerarea filamentului, lampile cu halogen se mai numesc si lampi
cu ciclu regenerator. Fata de lampile clasice cu balon de sticla,
lampile cu halogen confera urmatoarele avantaje: balonul este in
permanenta curat si fluxul luminos este practic constant in timp;
durata de functionare este de cel putin 2 ori mai mare;
eficacitatea luminoasa este cu circa 30 % mai mare; dimensiunile
sunt mai reduse cu circa 40 %.
2.2. CLASIFICAREA SI CARACTERISTICILE LAMPILOR ELECTRICE CU
INCANDESCENTA
Lampile cu incandescenta sunt cunoscute si agreate de milioane
de oameni din toata lumea, fiind apreciate n special pentru
varietatea luminii calde si confortabile. Prin formele realizate
de-a lungul timpului, lampile poseda o varietate larga de nivele si
efecte de iluminare. Se produc lampi cu incandescenta ntr-o gama
larga de tensiuni (110-250V) si puteri (15-500W), n baloane clare,
mate, opale si colorate, cu diametrul de 60, 68, 80, 90, 110 si 125
mm, format standard si sferic. Soclurile lampilor electrice sunt
executate din otel, alama sau aluminiu. Sunt realizate n baloane
clare, mate, opale si colorate. Lampile clare sunt ideale pentru o
iluminare indirecta, acolo unde stralucirea este foarte importanta.
Lampile opalizate si matate dau o lumina difuza, diminund formarea
umbrelor si reducnd efectul orbirii. Datorita luminii calde si
placute pe care o produc sunt utilizate n special pentru iluminatul
locuintelor. Lampile mate au acelasi flux luminos ca si lampile
clare. Lampile colorate sunt realizate ntr-o gama variata de
culori: rosu, galben, albastru, si verde, pentru iluminare si
ambianta placuta. Lampile cu incandescenta normale sunt elaborate
pentru durata economica de viata, care, in conditii date (costul
lampii corelat cu costul energiei consumate) furnizeaza cantitatea
de lumina (flux timp) la un pret unitar minim; aceasta durata este
de 1000 ore. Lampile electrice cu incandescenta se fabrica intr-o
varietate uriasa de tipuri caracterizate prin tensiunea de
alimentare, puterea consumata sau intensitatea curentului,
dimensiuni, forma balonului si tipul soclului, fluxul luminos si
eficacaritatea luminoasa, destinatie. Exista deci un mare numar de
criterii posibile de clasificare. Cele mai raspandite criterii de
clasificare si care caracterizeaza cel mai bine tipul lampii sunt
urmatoarele:I. Clasificarea in functie de constructia lampii:a.
lampi de format normal pentru uz general;b. lampi de format special
sau pentru utilizari specialeII. Clasificarea in functie de
tensiunea nominala:a. lampi pentru tensiuni joase (pana la 65 V)b.
lampi pentru tensiuni inalte (de la 100-260 V).III. Clasificarea in
functie de destinatia lampii: lampi pentru iluminat general,
autovehicule, avioane si nave, pentru scopuri fotografice, pentru
pomuri de iarna, vagoane de cale ferata, faruri si semnalizari,
pentru iluminatul scalelor aparatelor de radio, lampi rezistente la
trepidatii, lampi pentru tramvaie, lampi pentru proiectie si
proiectoare, lampi pentru lanterne, lampi pentru faruri, lampi
pentru mine etc. Lampile electrice cu incandescenta au urmatoarele
caracteristici principale:- O parte redusa (circa 7-13% in functie
de tipul lampii) din energia absorbita este radiata in domeniul
vizibil. Restul elenrgiei corespunde radiatiilor vizibile (circa
68-86%) si pierderilor termice (circa 7-22%).Din acest motiv si
eficacitatile luminoase sunt relativ scazute (8-20 lm/W).- Durata
de functionare este redusa (circa 1000 de ore pentru lampile
normale). Pentru unele lampi speciale lampi de proiectoare la care
temperatura filamentului este mai ridicata in scopul obtinerii unor
eficacitati luminoase mai ridicate, durata poate fi mult mai scurta
(20-100 ore). De asemenea, prin subincalzirea filamentelor durata
poate creste. Se fabrica, pe scara mai redusa, lampi electrice cu
incandescenta de uz general cu durata medie de 2500 ore,
caracterizate printr-o eficacitate luminoasa mai redusa.-
Stralucirea lampilor electrice cu incandescenta este foarte mare
deoarece dimensiunile lor sunt foarte reduse. Stralucirea
filamentului (de 200 1200 sb in functie de tip) este atat de
ridicata incat produce fenomene de orbire. Pentru reducerea acestei
straluciri unele lampi se fabrica cu baloane mate sau opale.-
Functionarea lampii nu este influentata de temperatura mediului
ambiant. - Culoarea luminii nu poate fi decat in mica masura
modificata, prin modificarea temperaturii filamentului, ea ramanand
totusi galbuie.
Figura 5. Variatia in functie de tensiune a parametrilor
functionali ai lampilor cu incandescenta.Folosindu-se baloane
colorate, culoarea poate fi modificata cu scaderea substantiala a
eficacitatii luminoase. Temperatura ridicata a balonului (atinge
100 - 150C). Dependenta mare de tensiunea de alimentare a tuturor
parametrilor functionali (durata, eficacitate luminoasa, flux
luminos, curent de functionare etc.). Posibilitatea conectarii
lampilor cu incandescenta direct la reteaua de alimentare, fara
intermediul unor aparate auxiliare. Din punctul de vedere al
determinarii tipului, lampile electrice cu incandescenta se
caracterizeaza prin tensiunea si puterea nominala, fluxul luminos,
dimensiuni geometrice, tipul soclului, forma si felul balonului ;
mai putin important pentru determinarea tipului este felul spiralei
(simpla, dubla, rezistenta la trepidatii etc.).
Capitolul 3LAMPI ELECTRICE CU DESCARCARI SI ACCESORIILE LOR
3.1. PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL LAMPILOR CU DESCARCARI
Spre deosebire de izvoarele de lumina incandescente, mai exista
o categorie de izvoare de lumina a caror emisie radiana nu poate fi
definita in intregime numai prin temperatura copului emitator.
Acestea poarta numele de izvoare luminiscente.In tehnica
iluminatului se utilizeaza in mod curent urmatoarele tipuri de
luminiscenta:a) luminiscenta gazelor si a vaporilor metalici, care
provocata de trecerea curentului electric printr-un gaz sau prin
vapori metalici;
Figura 6. Aspectul general al unei descarcari luminiscenteb)
luminiscenta corpurilor solide. Aceasta poate fi produsa in
urmatoarele moduri:- prin iradierea cu anumite radiatii a unor
substante speciale (numite luminofori sau substante fluorescente),
substante care sunt capabile sa reemita timp de 10-8 10-7 s, sub
forma de radiatii vizibile, energia absorbita. Fenomenul poarta
numele de fluorescenta;- prin asezarea unor substante speciale in
campuri electrice alternative de joasa frecventa ins suficient de
intense (de ordinul a 105 V/cm). Fenomenul poarta numele de
electroluminiscenta. Descarcarile electrice in gaze sunt posibile
datorita prezentei purtatorilor de sarcini (ioni pozitivi, negativi
si electroni) aflati in gaz mai ales in urma ciocnirilor
electronice. In prezenta unui camp electric de o anumita valoare
aplicat intre electrozii unui tub de descarcare in care se afla un
gaz la presiune joasa (fig.6), purtatorii de sarcina sunt
accelerati in sensul corespunzator sarcinilor electrice (pozitive
sau negative).
Figura 7. Caracteristica tensiune-curent a lampilor cu
descarcari in gaze
In figura 7 se disting urmatoarele domenii de functionare:AB -
descarcare neautonoma (intretinuta);BC - descarcare autonoma;CDEF -
descarcare luminescenta cu urmatoarele zone: CD - zona cu
caracteristica negativa; DE - zona descarcarii anormale; FG - zona
arcului electric eu emisiune termoelectronica. In aceasta zona se
stiueaza punctul de finctuinare al lampilor fluorescente cu catod
cald si al arcului electric.Deplasarea ordonata a particulelor
incarcate constituie un curent electric, ce poate produce, prin
ciocnirea purtatorilor de sarcina cu atomii neutrii ai gazului,
ionizari si excitari ale acestora. Prin ionizari se produc noi
purtatori de sarcina care contribuie la intretinerea descarcarii
(alaturi de emisiunea electronilor din electrodul negativ numit
catod) iar prin excitari se produc fenomenele luminoase care
caracterizeaza descarcarea.Excitarea consta din trecerea in urma
ciocnirii electronice, al unui electron al atomului gazului pe o
orbita superioara. La revenirea atomului la starea normala de
echilibru se emite o radiatie electromagnetica. Ansamblul
radiatiilor ce pot fi emise de un gaz constituie spectrul de emisie
al acestuia.Raportul dintre intensitatile diferitelor radiatii este
de asemenea caracteristic si in consecinta culoarea descarcarii
electrice ce rezulta din distributia spectrala.In cazul alimentarii
tubului cu curent alternativ, cei doi electrozi au pe rand (in
functie de alternanta curentului) rolurile de catod si anod, iar la
trecerea curentului prin zero, tubul se stinge; aceasta face ca sa
apara un efect stroboscopic al iluminarii, in sensul ca la
deplasarea liniara a corpurilor poate apare senzatia de tremurare,
iar la rotirea intr-un sens a corpurilor apare senzatia rotirii
inverse, ceea ce in unele situatii poate fi periculos.Valoarea
curentului electric ce strabate tubul de descarcare depinde si de
numarul de electroni emisi de catod; pentru extragerea lor este
necesara o anumita energie, fapt care se manifesta printr-o anumita
cadere de potential. Emisiunea de electroni este usurata daca se
utilizeaza catozi incandescenti sau activati prin depunerea unor
substante ce emit electroni; totodata, se reduce si energia
necesara extragerii electronilor.Caracteristica tensiune-curent,
specifica unui tub cilindric cu descarcari in gaze este
reprezentata in figura 4b. Se observa din graficul functiei U=f(I)
ca sunt doua zone (CDE si FG) in care curentul creste atunci cand
scade tensiunea la borne (caracteristica este descrescatoare, tubul
fiind caracterizat prin aceea ca prezinta o "rezistenta negativa").
Datorita acestui fapt, curentul are tendinta de crestere
nelimitata, catre limita maxima pe care este capabila sa o asigure
sursa de energie, iar prin efectul termic ce se produce, tubul se
distruge.Pentru impiedicarea efectelor distructive datorate
rezistentei negative, toate lampile de descarcare sunt prevazute in
mod obligatoriu cu elemente de limitare si stabliziare a regimului
de functionare ce se conecteaza in serie cu ele; aceste elemente,
numite frecvent "balasturi" pot fi rezistoare, bobine,
condensatoare, transformatoare cu dispersie de flux magnetic sau
combinatii ale acestora ce asigura functionarea de lunga durata a
tubului, fara supraincalzire, conform puterii disipate normal pe
tub sau pe electrozi.Pentru sporirea eficacitatii luminoase a
lampilor cu descarcare, sau pentru obtinerea unei anumite culori si
reducerea efectului stroboscopic si de palpaire se utilizeaza
substante fluorescente. Acestea sunt fosfati, halogenofosfati sau
wolframati de beriliu, magneziu, cadmiu etc., care prezinta
particularitatea ca fiind iradiate cu o radiatie ultravioleta
absorb aceasta energie incidenta si o reemit sub forma de radiatie
vizibila, prin schimbarea lungimii de unda. In urma incetarii
iradierii, dupa un timp scurt (10-710-2 s) efectul luminos dispare.
Substantele fluorescente uzuale se depun sub forma unui strat
subtire in interiorul tubului tubului de descarcare, fiind o
pulbere fina cu diametrul cristalelor de cativa microni.
3.2. LAMPI CU DESCARCARI PROPRIU-ZISE
Aceste lampi asigura emisia de lumina direct, fara conversia
energiei prin substante fluorescente. Printre cele mai raspandite
se afla cele cu lumina catodica, cele cu coloana pozitiva, cele cu
descarcari in xenon sau in vapori de sodiu etc.
3.2.1. LAMPILE CU LUMINA CATODICA
Aceste lampi, numite si "lampi cu licarire" sau "lampi cu lumina
negativa" sunt lampi de dimensiuni reduse, de forme diferite (para
sau tubulara) avand electrozii executati din fier sau aluminiu
acoperiti cu compusi de bariu. Ele au electrozii foarte apropiati
de diferite forme (cilindric, circular, cifre, litere, modele
decorative, etc), pentru a se utiliza numai lumina negativa a
descarcarii. Descarcarea se produce intr-o atmosfera gazoasa
compusa din heliu si neon de joasa prsiune (525mm coloana de
mercur). Ele au putere mica si flux luminos redus, avand inertie
foarte mica (10-5 s) si o culoare rosiatica a descarcarii. Pentru
amorsarea descarcarii este necesara o tensiune de circa 100 V
curentul prin tub fiind limitat la o valoare de ordinul mA de
rezistenta exterioara, montata uneori chiar in soclul lampii.Aceste
tuburi se utulizeaza ca lampi de semnalizare, stabilizatoare si
divizoare de tensiune, in stoboscopie sau oscilografie, ca lampi de
control sau indicatoare de tensiune etc.
3.2.2. LAMPI CU COLOANA POZITIVA
Aceste lampi numite si "lampi de inalta tensiune" se utilizeaza
pentru inscriptii si reclame luminoase. Ele se executa sub forma de
tuburi din sticla clara sau incolora avand diametrul de 18 22 mm si
lungimea cuprinsa intre cativa zeci de cm si circa 2 metri (pentru
ca manevrarea si transportul sa poata fi usor facute). Tuburile au
la capete 2 electrozi metalici de regula activati, iar in tub se
introduc gaze sau amestecuri de gaze si vapori metalici: neon,
argon, heliu, vapori de mercur in functie de culoarea ce se
doreste: rosu - neon; galben-auriu heliu; verde - argon, neon si
vapori de mercur, etc.Tensiunea de functionare variaza in functie
de lungimea tubului (care formeaza litere, desene etc.), fiinde de
regula cuprinsa intre 1-12 kV, obtinuti de la transformatoare de
inalta tensiune de constructie speciala, curentul electric fiind de
cativa zeci de mA. In figura 8 sunt reprezentate tuburi pentru
firme luminoase.
Figura 8. Tuburi luminiscente de inalta tensiune 3.2.3. LAMPI CU
DESCARCARI IN XENON
Ele sunt confectionate din tuburi de cuart si dau o lumina alba
foarte asemanatoare cu lumina soarelui. Se utilizeaza pentru
proiectoare sau pentru iluminatul exterior al suprafetelor mari
(intersectii ale marilor artere de circulatie, pentru stadioane
etc.), cand au puteri mari si foarte mari (zeci de kilowati). In
scopuri fotografice se utilizeaza un impuls, cand functioneaza prin
descarcarea unui condensator de valoare mare (sute de microfarazi)
intr-un timp foarte scurt (0,5 10- s), avand o foarte mare
eficienta luminoasa. La aceste tuburi este necesar un circuit
suplimentar pentru amorsarea comandata, cand se furnizeaza un
impuls de foarte mare tensiune (zeci de kV).
Figura 9. Lampa cu xenon cu arc scurt
3.2.4. LAMPI CU VAPORI DE SODIU DE INALTA PRESIUNE
In unele cazuri speciale, pentru iluminatul oraselor de munte cu
ceata frecventa sau in iluminatul nodurilor si triajelor feroviare,
unde au loc frecvente degajari de fum si praf, se introduc lampi cu
vapori de sodiu, ce emit o lumina galbena, practic monocromatica,
ce favorizeaza vederea asigurand in toate imprejurarile o acuitate
vizuala ridicata.
Figura 10. Lampa cu vapori de sodiu de inalta presiune in balon
tubular
Figura 11. Lampa cu vapori de sodiu de inalta presiune in balon
elipsoidal
Aceste lampi se compun dintr-un tub de descarcare sub forma de
U, confectionat din sticla speciala rezistenta la actiunea
vaporilor de sodiu. La fiecare capat al tubului este fixat etans
cate un electrod, iar in interiorul tubului este umplut cu un gaz
inert, de obicei neon si o mica cantitate de sodiu si mercur.
Pentru a se evita pierderile de caldura spre exterior,
permitandu-se cresterea temperaturii tubului la o valoare
suficienta pentru asigurarea unei presiuni corespunzatoare
vaporilor de sodiu, arzatorul (tubul de descarcare) este introdus
intr-un invelis de sticla ce se videaza pentru micsorarea
pierderilor de caldura prin convectie.Conectarea la retea se face
prin intermediul unui balast corespunzator, aprinderea
asigurandu-se si prin intermediul unor electrozi suplimentari.Dupa
aplicarea tensiunii, descarcarea se amorseaza prin gazul de umplere
(neon), iar incalzirea tubului incepe sa produca topirea si
evaporarea sodiului. Vaporii de sodiu incep sa participe la
descarcare si culoare descarcarii trece treptat din rosu (neon)
spre galben, pe masura ce presiunea vaporilor creste, pana la
atingerea valorii de regim, cand curentul este limitat de balast,
iar culoarea descarcarii este galben-portocalie. Intrarea in regim
a tubului dureaza cateva minute, depinzand si de temperatura
exterioara.Daca intamplator, atunci cand tubul este in functiune
are loc o scurta intrerupere a tensiunii de alimentare, tubul se
stinge; la revenirea tensiunii, el nu se aprinde imediat, trebuind
intai sa se raceasca si apoi se amorseaza dupa cateva minute
functionarea normala.Avand o luminanta ridicata, aceste tuburi cu
sodiu se monteaza la inaltimi mari.
Capitolul 4LAMPI FLUORESCENTE CU VAPORI DE MERCUR DE JOASA
PRESIUNE
Ele sunt printre cele mai raspandite lampi luminiscente
destinate iluminatului general, fiind denumite in limbaj curent
tuburi fluorescente". In general, lampile fluorescente au forma de
cilindru drept cu diferite diametre si lungimi.La o scara mai
redusa, se fabrica si sub forma de cerc, arc de cerc, sau in forma
de U. Tuburile fluorescente se compun dintr-un tub de sticla ce are
pe teretele interior un strat subtire de luminofor, depus sub forma
unei pulberi fine alb-galbuie. La extremitatile tubului sunt sudate
doua socluri, avand fiecare cate doua picioruse care in interiorul
tubului sustin o spirala de wolfram ce are depusa o anumita
cantitate de oxizi alcalini.
Figura 12. Constructia unei lampi fluorescente
Aceasta spirala, incalzita la o temperaturea de circa 800-1000C
are proprietatea de a emite cu o cheltuiala mica de energie, o mare
cantitate de electroni (emisie termoelectronica), atunci cand
aceasta spirala constituie catodul dublu.Atmosfera din interiorul
tubului este formata din argon si vapori de mercur.Intrarea in
functiune a tubului fluorescent (aprinderea sau amorsarea) nu poate
avea loc la tensiunea normala a retelei, deoarece lungimea tubului
fiind mare, campul electric nu poate asigura descarcarea; amorsarea
se face la o tensiune mult mai ridicata numita "tensiune de
aprindere".Pentru corect aprinderea tubului, catozii sai trebuie
incalziti inainte de aplicarea tensiunii de aprindere, pentru a
avea emisia de electroni asigurata.Si tuburile fluorescente
prezinta rezistenta negativa, deci dupa amorsare curentul prin
lampa trebuie limitat cu un balast.Obtinerea conditiilor de
aprindere se face de accesoriile de amorsare: starterul, circuitul
rezonant, balastul inductiv sau cel capacitiv. Cel mai raspandit
tip de starter (figura 13) este cel cu lampa luminiscenta cu
electrozi reci. Unul dintre electrozi este plat, iar celalalt este
confectionat dintr-un bimetal ce are forma de agrafa; cand
electrozii sunt reci, ei nu se ating. In interiorul tubului
starterului este un amestec de gaze, ce amorseaza la tensiunea
retelei. Intre cei doi electrozi este montat un condensator cu
hartie uleiata, de mica valoare.
Figura 13. Startere pentru tuburile fluorescente
Condensatorul si tubul cu bimetalul se introduc intr-o carcasa
de protectie din material plasti, ce este prevazuta si cu o placa
cu doua contacte pentru conectarea in circuit.Cand la bornele
starterului se aplica o tensiune, are loc in primul moment o
descarcare luminiscenta, in decursul careia electrozii se incalzesc
; electrodul cu bimetal se indoaie si isi mareste raza de curbura
astfel ca la un moment dat atinge electrodul plat si se stabileste
un contact ferm, iar descarcarea dispare. Producerea caldurii
inceteaza iar electrozii se vor raci revenind la forma initiala si
desfac contactul dintre ei.Amorsarea tuburilor fluorescente depinde
de modul in care acestea sunt conectate la retea. In figura 13 sunt
prezentate cateva variante mai des intalnite.
Figura 14. Elemente component ale unui starter pentru tuburile
fluorescente
In figura 15 - a este prezentat montajul cu balast inductiv si
starter de aprindere. Balasturile uzuale sunt constituite dintr-o
bobina cu miez de fier, avand o inductanta destul de mare, astfel
in se creeaza in timpul functionarii un defazaj de circa 60,
montajul avand un factor de putere cos =0,5.La inchiderea
contactului K, untreaga tensiune a retelei se regaseste practic la
bornele starterului, in care se amorseaa descarcarea ce duce la
incalzire a si deformarea bimetalului.In momentul in care are loc
atingerea electrozilor, inceteaza descarcarea luminiscenta, dar in
circuit se stabileste un curent relativ intens, ce strabatand cei
doi electrozi de wolfram ai tubului, ii incalzeste, astfel ca in
jurul lor se creeaza un nor termoelectronic de sarcina spatiala.In
continuare are loc racirea bimetalului si la un moment dat,
datorina revenirii la forma initiala, se intrerupe circuitul de
preincalzire al filamentelor tubului fluorescent. Are loc o
variatie rapida a curentului din circuit, iar bobina balastului
produce prin efectul de autoinductie un varf de tensiune ridicata
ce incarca condensatorul de la bornele starterului,pentru un timp
foarte scurt, cu o tensiune foarte mare. Aceasta, gasind catozii
preincalziti, amorseaza tubul fluorescent, tensiunea la bornele
sale scazand mult, iar curentul in circuit fiind limitat sus e
bobina balastului. Deoarece tensiunea la bornele starterului are o
valoare mica, el nu se mai poate aprinde.Daca dupa prima comutare
tubul fluorescent nu s-a aprins, starterul actioneza din nou, toate
fenomenele descrise se repeta pana la aprinderea lampii; daca nu
are loc acest lucru, starterul se distruge rapid, intrucat este
dimensionat pentru un regim de functionare nerepetitiv.In timpul
funtionarii normale, temperatura tubului fluorescent este redusa
(circa 40C), durata medie de viata fiind de circa 10 000 ore.
Tuburile fluorescente amorseaza greu la temperaturi
negative.Corespunzator alternantelor curentului alternativ,
tuburile fluorescente prezinta o palpaire, care poate crea efectul
stroboscopic.In conditiile normale de functionare, amorsarea unui
tub fluorescent dureaza intre 1 si 4 secunde. In figura 15 - b se
prezinta un montaj cu balast capacitiv, la care factorul de putere
este ridicat, dar timpul de aprindere creste pana la 6
secunde.Schema din 15 - c are tot caracter capacitiv, dar are in
plus fata de schema anterioara, o infasurare suplimentara de
aprindere in serie cu starterul. Datorita efectului de
transformator ce apare, curentul de preincalzire este mai mare si
in acest mod aprinderea este usurata.
Figura 15. Scheme de legare a tuburilor fluorescente la retea:a
- cu balast; b, c - cu balast capacitiv; d - fara starter sau cu
aprindere directa; e - montajul duo; f - montajul tandem.
Montajul fara starter din figura 15 - d, numit si cu aprindere
rapida, se utilizeaza in cazurile in care aprinderea lampii trebuie
sa se faca instantaneu. In acest scop se creeaza o supratensiune cu
ajutorul unui circuit oscilant, cu frecventa proprie apropiata de
cea a retelei. Lampa este de constructie speciala, electrozii fiind
reci la aprindere.Conectarea duo din figura 15 - e cuprinde doua
circuite: unul cu balast capacitiv si celalalt cu balast inductiv.
In acest fel, factorul de putere global este inbunatatit, iar
datorita defazajului curentului aprinderea celor doua tuburi este
decalata, ceea ce duce la diminuarea substantiala a efectului
stroboscopic.Montajul tandem (figura 15 - f) este utilizat pentru
legarea in serie a doua tuburi fluorescente de 20 W, fiecare cu un
singur balast dimensionat pentru 40 W.Tuburile fluorescente sunt
deosebit de utile pentru formarea panourilor si plafoanelor
luminoase si in locurile unde durata de conectare este mare.
Capitolul 5LAMPI CU VAPORI DE MERCUR DE INALTA TENSIUNE
Acest tip de lampi se executa sub forma de balon (figura 16), a
carui sticla este acoperita in interior cu un strat de luminofor.
In interiorul balonului exista un tub de descarcare propriu-zis,
constituit dintr-un cilindru de cuart cu diametrul de circa 10 mm
si lungimea de cativa centimetri, prevazut cu doua serii de
electrozi: unii principali si uni auxiliari, de aprindere. In
interiorul arzatorului se realizeaza o atmosfera de argon si de
vapori de mercur, presiunea atingand in timpul functionarii cateva
atmosfere.Legarea la retea se realizeaza prin intermediul unui
balast ce are rolul stabilizarii descarcarii electrice.
Figura 16. Lampa cu vapori de mercur de inalta presiune
In urma conectarii la retea, are loc o prima amorsare intre
electrozii auxiliari, in atmosfera de argon, curentul fiind limitat
de o rezistenta suplimentara, interioara. Dupa cateva minute de la
conectare, prin cresterea temperaturii si a presiunii, are loc
trecerea descarcarii dintre electrozii auxiliari catre electrozii
principali, cand culoarea luminii emise este verde-albastruie, iar
redarea culorilor este proasta. In timpul descarcarii in vaporii
sub presiune, are loc si o intensa emise de radiatii ultraviolete,
pentru care tubul de cuart al arzatorului este transparent. Aceasta
radiatie este convertita in radiatie vizibila prin intermediul
stratului de luminofor al balonului, corectandu-se substantial
culoarea luminii obtinandu-se si o eficienta ridicata a obtinerii
luminii.
Figura 17. Lampa fluorescenta cu vapori de mercur de inalta
presiune:1 - balon de sticla cu strat fluorescent ; 2 - catozi ; 3
- tubul de cuart (arzatorul) ; 4 - soclu ; 5 - electrozi de
sustinere si de legatura ; 6 - electrod auxiliar de aprindere ; 7 -
rezistenta de limitare.
Durata de functionare a acestor lampi este mare (5000 de ore) si
au un volum mic la aceeasi putere instalata fata de celalalte
tipuri de lampi, ceea ce perminte realizarea unor corpuri de
iluminat compacte cu flux luminos ridicat.La variatii ale tensiunii
de alimentare sub o anumita limita lampa se stinge, iar dupa
revenirea la valoarea normala a tensiunii se aprinde numai dupa
8-18 minunte, fiind necesar un ciclu de racire urmat de un nou
ciclu de aprindere.Efectul stroboscopic este pronuntat si de aceea
aceste tipuri de lampi se utilizeaza la iluminatul exterior si al
depozitelor si halelor de dimensiuni mari, unde nu este necesar a
se reda corect culorile.
Capitolul 6NORME DE SANATATEA SI SECURITATEA MUNCII
BIBLIOGRAFIE
1. Sabina Hiloni, M. Popescu,M. Muhulescu Instalaii si
Echipamente Electrice Manual pentru Liceele Industriale, Clasele a
IXX a si Scoli Profesionale Editura didactica si pedagogica R.A.
Bucureti, 1994
2. Prof. Ing. Dr. Nastase Bichir, Prof. Ing. Dr. - Dan Mihoc,
Conf. Ing. Dr. Corneliu Botan, Ing. Dr. Sabina Hiloni Maini,
Aparate, Acionari si Automatizri - Manual pt. clasele a X XI a
Liceele Industriale si Scolii - Profesionale Editura Didactica si
Pedagogica R.A. Bucureti, 1991
3. Web-site-uri:
science.howstuffworks.com/light14.htm
29