ガス放電ランプ用スイッチング回路

水銀蒸気中のガス媒体の放電を利用して光波を生成する人工光源は、ガス放電水銀ランプと呼ばれます。

シリンダーにポンプで送り込まれるガスは、低圧、中圧、または高圧にすることができます。ランプの設計では低圧が使用されます。

• 線形蛍光;

• コンパクトな省エネ：

• 殺菌性;

• 石英。

ランプでは高圧が使用されます。

• 水銀アークリン (DRL);

• 金属水銀と金属ハロゲン化物の放射性添加剤 (DRI)。

• アークナトリウム管状(DNaT);

• ナトリウムアークミラー（DNaZ）。

これらは、低エネルギー消費で広い領域を照らす必要がある場所に設置されます。

DRLランプ

デザイン上の特徴

4つの電極を使用したランプのデバイスを写真に概略的に示します。

従来品と同様にベースをチャックにねじ込むことで接点に接続します。ガラス球は、すべての内部要素を外部の影響から密閉的に保護します。窒素で満たされており、次のものが含まれています。

• 石英バーナー;

• ベース接点からの電線。

• 追加の電極の回路に組み込まれた 2 つの電流制限抵抗

• 蛍光体層。

バーナーはアルゴンが注入された密閉石英ガラス管の形で作られており、その中に以下のものが配置されています。

• 2 対の電極 - 主電極と追加電極、フラスコの両端にあります。

• 小さな水銀の一滴。

アルゴン — 不活性ガスに属する化学元素。これは、深冷による空気分離とそれに続く精留のプロセスで得られます。アルゴンは無色無臭の単原子ガスで、密度は 1.78 kg / m3、tboil = –186 °C です。アルゴンは、冶金および化学プロセス、溶接技術において不活性媒体として使用されます (「参照」を参照)。 電気アーク溶接）、信号灯、広告灯、その他青みがかった光を発するランプにも使用されます。
DRLランプの動作原理

DRL 光源は、石英管内の電極間を流れるアルゴン雰囲気中でのアーク放電です。これは、ランプに電圧が 2 段階で印加されると発生します。

1. 最初に、自由電子と正に帯電したイオンの移動により、近接して配置された主電極と点火電極の間でグロー放電が始まります。

2. トーチキャビティ内で多数の電荷キャリアが形成されると、窒素媒体が急速に破壊され、主電極を通るアークが形成されます。

始動モード（アークと光の電流）が安定するまでには約 10 ～ 15 分かかります。この期間中、DRL は定格モード電流を大幅に超える負荷を生成します。制限するには、適用してください バラスト — 窒息. 

水銀蒸気中の虹放射は青と紫の色合いを持ち、強力な紫外線放射を伴います。それは蛍光体を通過し、それが形成するスペクトルと混合し、白色に近い明るい光を生成します。

DRL は電源電圧の品質に敏感であり、電源電圧が 180 ボルトに低下すると消灯し、点灯しません。

その間 アーク放電 高温が発生し、構造全体に伝わります。これはソケット内の接点の品質に影響を与え、接続されたワイヤの発熱を引き起こすため、耐熱絶縁体とのみ使用されます。

ランプの動作中、バーナー内のガス圧力が大幅に増加し、媒体の破壊条件が複雑になるため、印加電圧を増加する必要があります。電源がオフになっていても、ランプはすぐには点灯しません。冷却する必要があります。

DRLランプ接続図

4 電極水銀ランプはチョークによってオンになり、 ヒューズ.

ヒュージブル リンクは回路を短絡の可能性から保護し、チョークは石英管の中央を流れる電流を制限します。チョークの誘導抵抗は、照明器具の電力に応じて選択されます。チョークを使用せずに電圧をかけてランプをオンにすると、ランプがすぐに切れてしまいます。

回路に含まれるコンデンサは、インダクタンスによって導入される無効成分を補償します。

DRIランプ

デザイン上の特徴

DRI ランプの内部構造は、DRL で使用されるものと非常に似ています。

しかし、そのバーナーには、インジウム、ナトリウム、タリウムなどの金属のハポゲン化物からの添加物が一定量含まれています。発光を70-95 lm / W以上に高め、良好な色を実現します。

フラスコは下図に示すような円柱または楕円形に作られます。

バーナーの材質は石英ガラスまたはセラミックで、黒ずみが少なく、動作寿命が長いなど、動作特性が優れています。

モダンなデザインに使用されているボール型バーナーは、光源の光出力と明るさを高めます。

動作原理

DRI ランプと DRL ランプからの光の生成中に行われる基本プロセスは同じです。違いは点火方式にあります。 DRI は、印加された主電源電圧からは開始できません。この価値は彼女にとって十分ではありません。

トーチ内にアークを発生させるには、電極間に高電圧パルスを印加する必要があります。彼の教育はパルス点火装置である IZU に委ねられました。

IZUの仕組み

高電圧パルスを生成する装置の動作原理は、条件付きで簡略化された回路図で表すことができます。

動作電源電圧は回路の入力に印加されます。ダイオード D、抵抗 R、コンデンサ C はコンデンサの充電電流を生成します。充電の終了時に、接続された変圧器 T の巻線にある開いたサイリスタ スイッチを介してコンデンサを介して電流パルスが供給されます。

昇圧トランスの出力巻線で最大 2 ～ 5 kV の高電圧パルスが生成されます。それはランプの接点に入り、ガス状媒体のアーク放電を引き起こし、輝きをもたらします。

DRIタイプのランプ接続図

IZU デバイスは、2 本または 3 本のワイヤーを使用した 2 つの変更を加えたガス放電ランプ用に製造されています。それぞれについて、独自の接続図が作成されます。ブロックハウジングに直接設けられています。

2ピンデバイスを使用する場合、電源フェーズはチョークを介してランプベースの中央接点に接続され、同時にIZUの対応する出力にも接続されます。

中性線はベースの側面接点とそのIZU端子に接続されています。

3 ピン デバイスの場合、中性点接続方式は変わりませんが、チョーク後の位相供給が変わります。下の写真に示すように、残りの 2 つの出力を介して IZU に接続されます。デバイスへの入力は端子 «B» を介して、出力は — «Lp» を介してベースの中央接点に接続されます。

したがって、発光添加剤を含む水銀ランプの制御装置（安定器）の構成は必須です。

• スロットル;

• パルス充電器。

無効電力値​​を補償するコンデンサを制御装置に含めることができます。これを含めることで、照明装置によるエネルギー消費の一般的な削減と、正しく選択された容量値によるランプの寿命の延長が決まります。

およそ35μFの値は、250Wおよび45〜400Wの電力のランプに対応します。容量が大きすぎると、回路内で共振が発生し、ランプの光の「点滅」として現れます。

作業用ランプに高電圧パルスが存在する場合、安定器とランプの間の最小長が 1 ～ 1.5 m 未満の接続回路で超高電圧ワイヤを使用する必要があります。

DRIZランプ

これは、上記の DRI ランプのバージョンで、電球の内側に部分的に鏡面コーティングを施し、光を反射し、指向性のある光線を形成します。これにより、照射対象物に放射線を集中させ、多重反射による光の損失を軽減できます。

HPSランプ

デザイン上の特徴

このガス放電ランプのバルブ内では、水銀の代わりにナトリウム蒸気が使用され、ネオン、キセノンなどの不活性ガス、またはそれらの混合物の環境に配置されています。このため、それらは「ナトリウム」と呼ばれます。

デバイスのこの変更により、設計者は、150 lm / Wに達する最大の動作効率を実現することができました。

DNAT と DRI の動作原理は同じです。したがって、それらの接続図は同じであり、安定器の特性がランプのパラメータと一致する場合、両方の設計でアークを点火するために使用できます。

メタルハライドランプやナトリウムランプのメーカーは、特定の製品タイプ用の安定器を製造し、単一のハウジングに入れて出荷します。これらのバラストは完全に機能しており、すぐに使用できます。

DNATタイプランプの配線図

場合によっては、HPS バラスト設計は上記の DRI 起動スキームとは異なり、以下の 3 つのスキームのいずれかに従って実行される場合があります。

最初のケースでは、IZU はランプの接点に並列に接続されます。バーナー内部でアークが点火された後は、ランプに動作電流が流れないため (IZU 回路図を参照)、電力消費が節約されます。この場合、チョークは高電圧パルスの影響を受けます。したがって、点火パルスから保護するために強化絶縁で構築されています。

したがって、並列接続方式は、低電力ランプと最大 2 キロボルトの点火パルスで使用されます。

2番目の方式では、パルス変圧器なしで動作するIZUが使用され、ランプソケットに接続するためのタップを備えた特別な設計のチョークによって高電圧パルスが生成されます。このインダクタの巻線の絶縁性も高まり、高電圧にさらされます。

3番目のケースでは、チョーク、IZU、ランプ接点を直列に接続する方法が使用されます。ここで、IZU からの高電圧パルスはチョークに送られず、その巻線の絶縁には増幅が必要ありません。

この回路の欠点は、IZU の消費電流が増加し、そのために追加の加熱が発生することです。これには、構造の寸法を増加する必要があり、以前のスキームの寸法を超えます。

この 3 番目の設計オプションは、HPS ランプの動作に最もよく使用されます。

すべてのスキームを使用できます 無効電力補償 DRI ランプの接続図に示すようにコンデンサを接続します。

点灯にガス放電を使用して高圧ランプを点灯するためのリストされた回路には、多くの欠点があります。

• 過小評価されているグローリソース。

• 供給電圧の品質に依存します。

• ストロボ効果。

• スロットルとバラストのノイズ。

• 電力消費量の増加。

これらの欠点のほとんどは、電子トリガー デバイス (ECG) を使用することで克服されます。

最大30%の電力を節約できるだけでなく、照明をスムーズに制御する機能も備えています。ただし、そのようなデバイスの価格は依然としてかなり高いです。