Lampes fluorescentes et leurs caractéristiques. Donnée de référence. Partie 1

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Classification des lampes fluorescentes, caractéristiques des lampes fluorescentes conventionnelles, dépendance des paramètres de la lampe à la tension du secteur, dépendance des caractéristiques à la température ambiante et aux conditions de refroidissement, modifications des caractéristiques des lampes fluorescentes pendant la combustion, lampes fluorescentes à économie d'énergie, lampes fluorescentes étrangères, compactes lampes fluorescentes, lampes fluorescentes sans électrodes.

Classification des lampes fluorescentes

Les lampes fluorescentes (LL) sont divisées en éclairage à usage général et spécial. Les LL à usage général comprennent des lampes d'une puissance de 15 à 80 W avec des caractéristiques de couleur et de spectre qui imitent la lumière naturelle de différentes nuances. Pour la classification des LL à des fins spéciales, divers paramètres sont utilisés. Par puissance, ils sont divisés en basse puissance (jusqu'à 15 W) et puissants (plus de 80 W); par type de décharge en arc, décharge luminescente et lueur luminescente ; par rayonnement aux lampes à lumière naturelle, aux lampes colorées, aux lampes à spectre d'émission spécial, aux lampes à rayonnement ultraviolet; selon la forme du flacon en tubulaire et figuré ; selon la distribution lumineuse avec émission lumineuse non directionnelle et avec directionnelle (reflex, fente, panneau, etc.).

Le marquage se compose généralement de 2-3 lettres. La première lettre L signifie luminescent. Les lettres suivantes indiquent la couleur du rayonnement : D - lumière du jour ; HB - blanc froid; B - blanc; TB - blanc chaud; E - blanc naturel; K, F, 3, G, C - rouge, jaune, vert, bleu, bleu, respectivement ; UV-ultraviolet. Les lampes avec une qualité de rendu des couleurs améliorée ont la lettre C après les lettres désignant la couleur, et avec le rendu des couleurs de qualité particulièrement élevée, les lettres CZ. À la fin, ils ont mis des lettres caractérisant les caractéristiques de conception: R - réflexe, U - en forme de U, K - anneau, A - amalgame, B - démarrage rapide. Les chiffres indiquent la puissance en watts. Le marquage des lampes à décharge couvantes commence par les lettres TL.

Caractéristiques du LL conventionnel

В Tableau 1 les caractéristiques des lampes fluorescentes les plus courantes sont données. Désignations : P - puissance ; U est la tension sur la lampe ; I - courant de lampe; R - flux lumineux; S - rendement lumineux.

Dépendance des paramètres de la lampe sur la tension secteur

Lorsque la tension du secteur change à + 10 %, la modification des paramètres de la lampe peut être déterminée à partir du rapport dX/X = Nx dUc/Uc, où X est le paramètre de lampe correspondant ; dX - son changement; Nx - coefficient pour le paramètre correspondant. Pour un circuit avec self, les coefficients ont les valeurs suivantes : pour une intensité lumineuse Ni = 2,2 ; pour la puissance Np = 2,0 ; pour le flux lumineux Nf = 1,5. Dans un circuit avec un ballast capacitif-inductif, les valeurs de Nx sont un peu plus petites.

Lorsque la tension du secteur chute en dessous du niveau autorisé, les conditions de réallumage se détériorent. L'augmentation de la tension au-dessus de la tension autorisée provoque une surchauffe des cathodes et une surchauffe des ballasts. Dans les deux cas, il y a une réduction significative de la durée de vie de la lampe.

Tableau 1

Dépendance des performances à la température ambiante et aux conditions de refroidissement

Un changement de la température du tube par rapport à la température optimale, à la fois vers le haut et vers le bas, entraîne une diminution du flux lumineux, une détérioration des conditions d'allumage et une réduction de la durée de vie. La fiabilité d'allumage des lampes standard lorsqu'elles fonctionnent avec des démarreurs commence à chuter particulièrement à des températures inférieures à -5 ° C et avec une diminution de la tension secteur. Par exemple, à -10°C et une tension secteur de 180 V au lieu de 220 V, le nombre de lampes sans allumage peut atteindre jusqu'à 60-80 %. Une dépendance aussi forte rend inefficace l'utilisation de LL dans des pièces à basse température.

Une augmentation de la température par rapport à l'optimum peut se produire lorsque la température ambiante augmente et lorsque les lampes fonctionnent dans des luminaires fermés. La surchauffe des LL, en plus de réduire le flux lumineux, s'accompagne d'un certain changement de leur couleur. Sur la fig. 2 montre la dépendance des paramètres LL à la température ambiante.

Modification des caractéristiques de LL lors de la combustion

Dans les premières heures de combustion, il y a un certain changement dans les caractéristiques électriques des lampes, associé à l'activation supplémentaire des cathodes, à la libération et à l'absorption de diverses impuretés. Ces processus se terminent généralement dans les cent premières heures. Pendant le reste de la durée de vie, les caractéristiques électriques évoluent très peu. On observe une diminution progressive de la luminosité de la lueur du luminophore et du flux lumineux de la lampe (Fig. 3 : courbe 1 pour LL 40 W, courbe 2 pour LL 15 et 30 W). Dans certaines lampes, déjà après plusieurs centaines d'heures de combustion, des revêtements et des taches sombres commencent à apparaître aux extrémités du tube, associés à la pulvérisation cathodique. Ils indiquent la mauvaise qualité des lampes.

Lampes fluorescentes écoénergétiques (ELL)

Les ELL sont conçues pour l'éclairage général et sont entièrement interchangeables avec les LL standard de 20, 40 et 65 W dans les installations d'éclairage existantes sans remplacer les lampes et les ballasts. Ils ont une longueur standard, des courants et des tensions de fonctionnement de lampe standard et des flux lumineux identiques ou similaires à ceux des lampes standard de la couleur correspondante à une puissance réduite de 10% (18, 36 et 58 W). Extérieurement, les ELL ne diffèrent des lampes standard que par un diamètre plus petit (26 mm au lieu de 38 mm). En réduisant le diamètre, la consommation de matériaux de base (verre, phosphore, gaz, mercure, etc.) est réduite.

Pour assurer la même chute de tension aux bornes des lampes avec une diminution de leur diamètre, il a fallu utiliser un mélange d'argon et de krypton pour le remplissage et réduire la pression à 200-330 Pa (au lieu des 400 Pa habituels dans les lampes standards). En ELL, la température du tube monte à 50°C, mais il n'est pas nécessaire de créer des conditions particulières de refroidissement. La couche de phosphore dans les ELL est soumise à des conditions de fonctionnement plus sévères, de sorte que les phosphores de terres rares sont les plus adaptés à ces lampes. Cependant, ces luminophores sont environ 40 fois plus chers que l'halophosphate de calcium standard (HPA), de sorte que les lampes avec de tels luminophores sont plusieurs fois plus chères que les lampes conventionnelles. Pour réduire le coût des lampes, un revêtement à deux couches est utilisé. Tout d'abord, du HFC est appliqué sur le verre et un luminophore de terre rare de faible épaisseur est appliqué par-dessus.

L'industrie produit ELL avec une puissance de 18, 36 et 58 W de couleurs LB, LDC et LEC avec des paramètres de lumière coïncidant avec les paramètres de LL conventionnels des mêmes couleurs avec une puissance de 20, 40 et 65 W. Sous la marque LBCT, les ELL sont produites avec un mélange à trois composants de luminophores de terres rares d'une durée de vie de 15000 XNUMX heures.

ELL étrangers

Les entreprises étrangères produisent des ELL avec trois ou quatre tons de couleur standardisés et avec un mélange à deux ou trois composants de luminophores de terres rares. DANS Tableau 2 les paramètres de certains types d'ELL dans des flacons d'un diamètre de 26 mm d'OSRAM (Allemagne) sont donnés.

Lampes fluocompactes (LFC)

Au début des années 80, de nombreux types de LL compactes d'une puissance de 5 à 25 W avec des rendements lumineux de 30 à 60 lm / W et une durée de vie de 5 à 10000 27 heures ont commencé à apparaître.Certains types de LFC sont destinés au remplacement direct des lampes à incandescence les lampes. Ils ont des ballasts intégrés et sont équipés d'un culot à vis standard EXNUMX.

Le développement des LFC n'est devenu possible que grâce à la création de luminophores à bande étroite très stables activés par des éléments de terres rares, qui peuvent fonctionner à des densités d'irradiation de surface plus élevées que dans les LL standard. De ce fait, il a été possible de réduire considérablement le diamètre du tube à décharge. En ce qui concerne la réduction des dimensions des lampes en longueur, ce problème a été résolu en divisant les tubes en plusieurs tronçons plus courts disposés en parallèle et reliés entre eux soit par des tronçons courbes du tube, soit par des tubes de verre soudés.

Tableau 2

Tableau 3

Toute la variété des LFC actuellement produites peut être divisée en quatre groupes principaux.

1. Sans coque extérieure, avec un tube à décharge en forme de H ou de U, une base spéciale, un appareil de commande à distance (PRA) et un démarreur intégré (Fig. 4, a), où 1 est un tube à décharge ; 2 - une base spéciale G23 avec un démarreur et un condensateur monté à l'intérieur).

2. Avec une coque extérieure prismatique ou opale, un tube de décharge à courbure complexe, une base filetée (ou goupille) standard et un démarreur et un engrenage de commande intégrés (Fig. 4b), où 1 est le tube de décharge; 3 - accélérateur; 4 - ballon extérieur; 5 - la partie creuse du boîtier, à l'intérieur de laquelle sont montés l'accélérateur, le démarreur, le condensateur, l'interrupteur thermique).

3. Anneau, sans coque extérieure, avec une base filetée (ou goupille) standard et un démarreur et un engrenage intégrés (Fig. 4, c).

4. Avec une coque extérieure en verre, un tube de décharge incurvé complexe, une base spéciale, un démarreur à distance et un engrenage.

Le premier groupe comprend les AFC, qui ont reçu la plus grande diffusion. Les lampes ont un tube à décharge d'un diamètre de 12,5 mm et sont équipées d'un culot spécial à deux broches G23. Ils sont produits par l'industrie nationale (sous la marque KL / TBC) et un certain nombre d'entreprises étrangères. Les lampes sont remplies d'argon à une pression de 400 Pa, ce qui assure le fonctionnement normal des cathodes et les conditions de décharge. Les lampes s'allument facilement même à des températures jusqu'à -20°C, le temps d'allumage ne dépasse pas 10 s. Les principaux paramètres de ces lampes sont donnés dans le tableau 3.

La série CFL haute puissance se compose de trois lampes d'une puissance de 18, 24 et 35 W, 251, 362 et 443 mm de long, avec un flux lumineux nominal de 1250, 2000 et 2500 lm, respectivement, et une durée de vie de 5000 Les lampes sont fabriquées dans des tubes d'un diamètre augmenté à 15 mm et montés sur une base spéciale à 4 broches.

Au deuxième groupe comprend des ampoules fluocompactes assez courantes à l'étranger avec une coque extérieure en verre ou en plastique et une base filetée standard E27 (voir Fig. 4, b). Un ballast, un démarreur et un double tube de décharge en forme de U sont montés à l'intérieur de la coque. Les principaux paramètres de ce type de LFC (domestiques CLS.../TBTS et fabriqués à l'étranger (SL) sont donnés dans le tableau 3 (RE2/2001) (deuxième groupe).

Compte tenu du fait que les tubes à décharge de ce type de lampe fonctionnent dans une enveloppe extérieure fermée à des températures sensiblement supérieures à l'optimum, et qu'il n'y a aucune possibilité de créer artificiellement une zone froide, les tubes à décharge sont remplis d'amalgame de mercure .

Les lampes sont conçues pour remplacer directement les lampes à incandescence et permettent de grandes économies d'énergie. Leurs inconvénients incluent des

dimensions et surtout poids par rapport aux lampes à incandescence, conception non séparable, en raison de laquelle, après la défaillance du tube à décharge, il est nécessaire de remplacer toute la lampe, y compris l'inducteur. À cet égard, certaines sociétés étrangères produisent de telles lampes dans une version pliable.

Au troisième groupe comprend une famille de CFL annulaires avec une base filetée et un appareillage de commande intégré monté dans un boîtier en plastique situé le long du diamètre du tube de décharge annulaire (voir RE2/2001, Fig. 4, c). Le rendement lumineux des lampes CFL en anneau, même avec des ballasts à semi-conducteurs, est inférieur au rendement lumineux des lampes CFL en forme de H des puissances correspondantes. La commodité des ampoules fluocompactes annulaires est qu'elles peuvent remplacer directement les lampes à incandescence dans un appareil d'éclairage.

au quatrième groupe comprend des lampes avec une coque extérieure cylindrique ou en forme de poire, une base spéciale à 4 broches, un appareillage de commande à distance et un démarreur. Ces lampes ont une efficacité lumineuse inférieure à celle des ampoules fluocompactes en forme de H et de U. Par conséquent, les données sur ces lampes ne sont pas fournies.

Les principaux avantages économiques des LFC sont des économies d'énergie importantes et une réduction du nombre de lampes nécessaires pour produire le même nombre de lumens-heures par rapport aux lampes à incandescence.

Les LFC modernes sont difficiles à fabriquer. Par conséquent, des études théoriques et expérimentales visant à améliorer ces lampes sont en cours.

LFC sans électrode

Dans ces lampes, pour exciter la lueur des luminophores, une décharge de vapeur de mercure à basse pression mélangée à

gaz inertes (argon, krypton). La charge est maintenue grâce à l'énergie du champ électromagnétique qui se crée à proximité immédiate du volume de décharge. La création de LFC sans électrodes est devenue possible grâce à la microélectronique moderne, qui a permis de créer des sources d'énergie haute fréquence de petite taille et relativement bon marché avec un rendement élevé.

Tous les types possibles de lampes sans électrodes se composent de trois composants principaux : une source d'énergie RF de petite taille, un dispositif de transfert efficace de l'énergie RF dans une décharge, appelé inducteur, et un volume de décharge. Les différences dans la disposition et la conception des nœuds sont déterminées par la haute fréquence choisie pour l'excitation de la décharge. Actuellement, il existe trois principaux types de lampes fluocompactes sans électrodes ayant sensiblement les mêmes paramètres énergétiques : à inductance toroïdale sur noyau ferromagnétique (fréquences de 25 à 1000 kHz), à inductance solénoïdale (fréquences de 3 à 300 MHz) et micro-onde (avec une fréquence supérieure à 100 MHz) .

L'analyse a montré qu'à l'heure actuelle, il est plus opportun d'utiliser une conception avec un inducteur solénoïdal et un emplacement externe du volume de décharge par rapport à celui-ci. La conception d'une telle lampe est illustrée à la Fig. 5, où 1 - base E-27; 2 - bloc oscillateur ; 3 - remplissage, mercure et gaz inerte, 4 - inducteur solénoïdal ; 5 - couche de phosphore ; 6 - cavité cylindrique dans le ballon; 7 - flacon en verre. Des échantillons expérimentaux de LFC sans électrodes avec un inducteur solénoïdal (à une fréquence de 18 MHz) d'une puissance de 30 W pour une tension secteur de 220 V 50 Hz avec un diamètre extérieur d'ampoule de 75 à 85 mm ont un rendement lumineux de 30 à 40 lm/W. Dans ce cas, le noyau de ferrite est chauffé jusqu'à 300°C.

Actuellement, il n'y a pas de production industrielle de LFC sans électrodes dans aucun pays et seuls des échantillons expérimentaux sont produits.

Auteur : S. I. Palamarenko, Kyiv ; Publication : electrik.org

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