لامپ های تخلیه گازی

  • ایجاد نور در اثر تخلیه الکتریکی در گاز

   در اطراف هسته هر اتمی، الکترون ها، در ترازهای معینی در حال گردش هستند. چنانچه به هر دلیلی به این الکترون ها انرژی داده شود (نظیر گرما یا اختلاف پتانسیل الکتریکی)، الکترون ها از تراز اصلی خود خارج شده و به تراز با سطح انرژی بالاتر می روند، حال چنان چه منبع انرژی برداشته شود، این الکترون ها دوباره به مدار اصلی خود باز می گردند و در حین این بازگشت انرژی دریافت شده در مرحله قبل را به صورت نور آزاد می کنند، به این ترتیب تخلیه الکتریکی در گاز در لامپ های تخلیه گازی می تواند باعث تولید نور شود.

در واقع در این نوع لامپ ها، تولید نور نتیجه عبور الکترون های پر انرژی از داخل گاز است. الکترون ها با برخورد به اتم های خنثی درون گاز، باعث تحریک آن ها می شوند و در این حالت اصطلاحاً گفته می شود گاز برانگیخته می گردد.

 

دیاگرام-عملکرد-لامپ-تخلیه-الکتریکی-در-گاز

 

 طبقه بندی لامپ ها از یک منظر براساس نوع گازی است که در آن تخلیه الکتریکی صورت می گیرد. در حال حاضر، گازهای مورد استفاده در ساختمان لامپ برای تخلیه الکتریکی عبارتند از:

   گاز بخار جیوه، گاز بخار سدیم و هالید فلزات مختلف، که براساس این ترکیبات، به ترتیب لامپ های بخار جیوه، لامپ بخار سدیم و لامپ متال هالید تولید می شوند. 

   البته در برخی لامپ های با کاربرد خاص گازهای دیگری استفاده می شود که کاربردهایی غیر از روشنایی عمومی دارند. از یک منظر دیگر، لامپ های مختلف را براساس فشار گاز داخل لامپ، تقسیم بندی می کنند. در مورد لامپ های فلورسنت، تخلیه الکتریکی در بخار جیوه و با فشار کم صورت می گیرد، حال آن که در یک لامپ متال هالید، تخلیه الکتریکی در گازی با فشار زیاد که به صورت ترکیبی از هالید چند فلز است صورت می گیرد.

 

طیف-رنگ-تخلیه-الکتریکی-در-گازهای-نجیب

 

  •  لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز

در مورد لامپ های فلورسنت و کم مصرف، تخلیه الکتریکی در گاز بخار جیوه که با فشار کم در داخل لامپ قرار گرفته است صورت می گیرد که به آن ها لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز یا HID می گویند.

برای اینکه بتوان لامپ هایی با نور بیشتر تولید کرد، لازم است فشار گاز داخل لامپ افزایش بیابد، چرا که در غیر این صورت باید حجم لامپ به میزان زیادی افزایش یابد.

در لامپ هایی که به اختصار آنها را لامپ های تخلیه گازی می نامند نور، به واسطه تخلیه الکتریکی در یک گاز که با فشار زیاد در داخل حباب پر شده است صورت می گیرد، از این رو آنها را تخلیه در گاز پرفشار (High Intensity Discharge) یا به اختصار HID می نامند.

همان طور که اشاره شد، گازی که در آن تخلیه الکتریکی صورت می گیرد، می تواند از نوع بخار جیوه، بخار سدیم و با هالید فلزهای گوناگون باشد. در حالت کلی، همانند لامپ های فلورسنت، برای استفاده از لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز نیز نیاز به مدارات جانبی (مدار راه انداز و مدار محدود کننده جریان داریم.

 

عملکرد-لامپ های-تخلیه-الکتریکی-در-گاز-به-کمک-مدار-جانبی

 

با این حال در برخی از انواع این لامپ ها، مدارات راه انداز به نوعی در داخل خود لامپ تعبیه شده اند. ضمناً ویژگی مشترک کلیه لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز پرفشار این است که در صورتی که لامپ خاموش شود، لازم است مدت زمان معینی بگذرد تا لامپ سرد بشود و بتوان آن را روشن کرد.

البته در برخی موارد استفاده از مدارات الکترونیکی این امکان را فراهم می سازد که لامپ را در حالت گرم نیز مجدداً راه اندازی کرد.

 

 

  • ولتاژ لامپ های تخلیه گازی

لامپ های تخلیه گازی باید از طریق مدار راه انداز مناسب به شبکه وصل شوند. به جز لامپ های متال هالید W 2000 و W 3500 که با ولتاژ V 400 و ۵۰ هرتز کار می کنند، ولتاژ کاری سایر انواع لامپ ها ۲۳۰ V است.

افت ولتاژهای ناگهانی بیشتر از %۱۰ می تواند باعث خاموش شدن لامپ شود. چنان چه تغییرات ولتاژ لامپ دائمی باشد، این امر می تواند منجر به تغییر در ویژگی های کروماتیستی (رنگ نور) و شار نوری خروجی لامپ و نیز کاهش طول عمر لامپ شود.

لامپ متال هالید
                                                                           لامپ متال هالید
  • مسائل ایمنی در لامپ های تخلیه گازی

در حالت کلی توصیه می شود که لامپ های متال هالید در داخل چراغ هایی با محفظه کاملا بسته قرار گیرند. از آنجا که فشار گاز داخل لامپ زیاد است، چنانچه به هر دلیلی لامپ آسیب ببیند یا دچار انفجار شود، خرده شیشه های لامپ با فشار زیاد به اطراف پرت می شوند.

در نتیجه برای پیشگیری از هرگونه خطرات احتمالی، لازم است لامپ ها در چراغ های کاملا بسته قرار بگیرند. از سوی دیگر لامپ های غیر استاندارد می توانند مقدار زیادی اشعه ماوراء بنفش منتشر کنند که باعث وارد آمدن آسیب های جدی به بدن – انسان می شود.

چوک و خازن جبران سازی که در مدار اغلب لامپ های گازی به کار می رود در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد رزونانس (تشدید) در مدار شود که این امر با بالا بردن جریان و ولتاژ ورودی لامپ باعث آسیب دیدن لامپ می شود.

برای جلوگیری از این امر باید از اجزای مناسب و منطبق با مشخصات لامپ برای راه اندازی استفاده کرد و برای اطمینان فیوز سر راه مدار قرار داد.

 


بیشتر بخوانید:

انواع لامپ

راه اندازی لامپ ها ( بالاست )

  لامپ بخار سدیم

                           لامپ بخار جیوه

                          مقایسه لامپ بخار سدیم و جیوه

                          لامپ های فلورسنت

                        بالاست لامپ فلورسنت

                         انواع لامپ فلورسنت

 


 

  • راه اندازی لامپ های تخلیه گازی

زمان راه اندازی لامپ های تخلیه گازی، زمانی است که مقدار شار نوری منتشر شده از لامپ به مقدار نامی خود می رسد و رنگ نور لامپ تثبیت می شود.  جریان راه اندازی لامپ نیز مقدار جریانی است که از لامپ در لحظه راه اندازی عبور می کند که معمولاً بالاتر از مقدار نامی است. 

روشن بودن کوتاه مدت در کنار روشن و خاموش کردن مرتب لامپ، به طول عمر لامپ آسیب می رساند. به ویژه در مورد لامپ های متال هالید با توان بیش از W 1000، بسیار مهم است که لامپ حداقل ۳ ساعت روشن باشد و قبل از راه اندازی مجدد، حداقل ۳۰ دقیقه خاموش باشد.

 

نمونه-های-از-لامپ های-تخلیه-گازی

 

  • انواع بالاست برای لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز

همه لامپ های گازی و فلورسنت برای راه اندازی نیاز به ترانس دارند. ترانس، ولتاژ بالایی برای یونیزه شدن گاز درون لامپ تولید می کند تا لامپ روشن شود. بعد از یونیزه شدن گاز، مقاومت لامپ کم می شود و ترانس جریان لامپ را کنترل می کند. انواع ترانس لامپ گازی به دو صورت ترانس مغناطیسی و الکترونیکی در بازار وجود دارد. 

  • ترانس مغناطیسی

ترانس مغناطیسی نوع قدیمی بالاست است. این ترانس ها شامل دو سیم پیچ اولیه و ثانویه هستند که دور هسته فلزی پیچیده شده اند. جنس سیم پیچ عموماً از جنس سیم لاکی (سیم مسی با پوشش نازک) بوده و هسته آهنی از ورقه های نازک که در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است. ترانس مغناطیسی ممکن است دارای یک قاب فلزی بیرونی محافظ باشد و یا بدون محافظ بیرونی عرضه شود.

ترانس مغناطیسی بدون قاب محافظ
                        ترانس مغناطیسی بدون قاب محافظ

 

در اغلب موارد برای هر لامپ یک ترانس مغناطیسی متناسب با توان لامپ قرار داده می شود. مثلا برای یک لامپ هالوژن W50، یک ترانس مغناطیسی با توان ظاهری متناسب استفاده می شود. با این وجود، در برخی موارد، نظیر مواردی که سقف کاذب وجود ندارد و یا امکان قرار دادن یک ترانس برای هر لامپ وجود ندارد.

مهندسین طراح ترجیح می دهند که از یک ترانسفورماتور کاهنده بزرگ استفاده کنند و همه لامپ ها را به صورت موازی به خروجی این ترانس وصل کنند. تنها مزیت این کار کاهش تعداد ترانسفورماتور موجود در سیستم است.

  • سیم بندی ترانس لامپ هالوژن

شکل زیر دیاگرام سیم بندی برای یک لامپ هالوژن و ترانس مغناطیسی را نشان می دهد. با توجه به اینکه در سمت ثانویه، جریانی در حدود ۴٫۲ آمپر  وجود دارد، قطر سیم ثانویه باید بر اساس آن انتخاب شود. به علاوه، با توجه به اینکه سیم ثانویه در کنار لامپ قرار می گیرد و دمای کاری لامپ هالوژن بسیار بالا است، برای جلوگیری از آتش سوزی، لازم است از سیم با روکش نسوز در ثانویه استفاده شود.

سیم بندی ترانس لامپ هالوژن
                                                                        نقشه سیم بندی یک لامپ هالوژن و ترانس مغناطیسی

چنانچه فاصله محل ترانس و لامپ زیاد باشد، با توجه به اینکه جریان نسبتاً زیادی از سیم پیچ ثانویه عبور می کند، افت ولتاژ ناشی از مقاومت اهمی سیم ثانویه ممکن است باعث شود که ولتاژ کمتری از حد مورد نیاز دو سر لامپ قرار گیرد.

در این صورت توان مصرفی لامپ (و در نتیجه نور لامپ) کاهش می یابد، ضمن اینکه تلفات حرارتی در سیم رابط باعث گرم شدن سیم و احتمال آتش سوزی می شود.

مزایا الیکا الکتریک

 

مزایای ترانس مغناطیسی

  • سادگی ساخت
  • قیمت پایین
  • عدم وجود محدودیت زیاد بین فاصله لامپ و ترانسفورماتور (در صورت در نظر گرفتن افت ولتاژ ناشی از مقاومت اهمی سیم رابط بين ترانسفورماتور و لامپ)
  • عدم انتشار امواج رادیویی ایجاد کننده تداخل در محيط.
ترانس لامپ فلورسنت
                        ترانسفورماتور لامپ فلورسنت

معایب الیکا الکتریک

 

معایب ترانس مغناطیسی

  • توان تلفاتی بالا – مصرف زیاد انرژی الکتریکی،
  • داغ شدن سطح ترانسفورماتور مغناطیسی به دلیل وجود تلفات الکتریکی، در نتیجه انتشار مقدار زیادی حرارت در محیط – افزایش

قابل هزینه تبرید محيط – امکان آسیب رسیدن به سطوح اطراف در اثر داغ شدن زیاد ترانس،

  • به دلیل تبدیل مستقیم ولتاژ در اثر تزویج مغناطیسی نوسانات ولتاژ شبکه به دو سر لامپ منتقل می شود. در نتیجه چنانچه ولتاژ شبکه تنها %۵ افزایش یابد، ولتاژ دو سر لامپ نیز به همین نسبت افزایش می یابد که این کار همانطور که در فصل قبل اشاره شد باعث کاهش طول عمر لامپ تا حدود %۴۰ می گردد.
  • انتشار نویز صوتی (صدای ویز) در محیط در اثر از بین رفتن عایق بین ورقه های هسته ترانس و وجود لرزش در ورقه ها،
  • حجم و وزن زیاد- وزن یک ترانس مغناطیسی برای یک لامپ هالوژن ۷۱۲ و W 50 در حدود یک کیلوگرم است. 
  • در صورتی که بیش از یک لامپ به خروجی ترانسفورماتور مغناطیسی وصل شود، به دلیل تلفات داخلی ترانسفورماتور، با افزایش بار، ولتاژ خروجی ترانسفورماتور کاهش می یابد. در نتیجه در مواردی که بیش از یک لامپ به صورت موازی به ترانس وصل شود، برای جبران افت ولتاژ ترانس، مقدار ولتاژ ثانویه بی بار ترانس را اندکی بالاتر از ولتاژ نامی مورد نیاز لامپ در نظر می گیرند. این کار باعث می شود که زمانی که یکی از لامپ ها از مدار خارج شود، با توجه به کاهش بار خروجی ترانسفورماتور، ولتاژ ثانویه افزایش یابد و از مقدار ولتاژ نامی لامپ بالاتر بزند. در نتیجه سوختن لامپ تسریع شده و این فرایند تا از بین رفتن کلیه لامپ ها ادامه می یابد.

با توجه به ویژگی های ذکر شده، استفاده از بالاست های مغناطیسی در حال حاضر رو به کاهش است و ترانسفورماتورهای الکترونیکی در حال جایگزینی با مدارات مغناطیسی هستند.

 

یک-نمونه-بالاست-مغناطیسی

 

در این مدارات، ولتاژ ثانویه با فرکانسی در حدود چند ده کیلوهرتز است. به عبارت دیگر مدار داخلی ترانسفورماتورهای الکترونیکی به گونه ای است که ولتاژ شبکه با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز را به ولتاژ ثانویه مورد نیاز لامپ و با فرکانس زیاد تبدیل می کنند.

 


بیشتر بخوانید

لامپ های هالوژن تنگستن

لامپ متال هالید

 


  • ترانس الکترونیکی

 در ترانس الکترونیکی یا Electronic Transformer، به جای استفاده از سیم پیچ و هسته مغناطیسی، از مدارات و ادوات الکترونیک قدرت برای کاهش سطح ولتاژ استفاده می شود.

 

بالاست-الکترونیکی-برای-لامپ-فلورسنت
                           یک نمونه بالاست الکترونیکی برای لامپ فلورسنت

                                                               

در این دسته از ترانسفورماتور ها، یک مبدل AC/DC در قسمت ورودی مدار وجود دارد که ولتاژ متناوب ورودی شهر را به ولتاژ DC تبدیل می کند.

ولتاژ DC از طریق یک مدار چاپر (Chopper) به ولتاژ متناوب با فرکانس بالا تبدیل شده و سپس با روش مدولاسیون پهنای باند PWM) Pulse Width Modulation) ولتاژ سینوسی با دامنه مورد نظر در خروجی ترانسفورماتور الکترونیکی تولید می شود.

 

ترانس الکترونیکی

                                                                                                                          ترانس الکترونیکی

شکل زیر بلوک دیاگرام داخلی ترانسفورماتور الکترونیکی را نشان می دهد. یک فیلتر هارمونیکی نیز برای حذف هارمونیک های جریان در قسمت ورودی اضافه می شود.

بلوک دیاگرام داخلی ترانس الکترونیکی
                                                                                 بلوک دیاگرام داخلی ترانس الکترونیکی

مزایا الیکا الکتریک

 

مزایای ترانس الکترونیکی

  • توان تلفاتی بسیار پایین،
  • تثبيت ولتاژ دو سر لامپ – در نتیجه افزایش طول عمر لامپ،
  • وزن بسیار کم،
  • عدم انتشار نویز صوتی در محیط،
  • امکان اتصال چند لامپ به خروجی یک ترانسفورماتور الکترونیکی بدون اینکه ولتاژ ثانویه لامپ تغییرات قابل توجهی داشته باشد و
  • داغ شدن سطح ترانس.

 

معایب الیکا الکتریک

 

معایب ترانس الکترونیکی

  • قیمت نسبتا بالا و تکنولوژی پیچیده،
  • محدودیت در فاصله بین لامپ و ترانس به دلیل اینکه ولتاژ ثانویه دارای فرکانس بالا است
  • امکان انتشار امواج ایجاد کننده تداخل رادیویی 
  • امکان انتشار هارمونیک در شبکه قدرت

 


دو نکته مهم در مورد ترانس الکترونیکی

۱- استانداردهای بین المللی محدودیت هایی برای شکل موج جریان ترانس های الکترونیکی تعیین نموده اند. بنابراین چنانچه ترانسفورماتور الکترونیکی منطبق با استانداردهای بین المللی تولید شده باشند، هیچ مشکلی از نظر هارمونیک ها و یا امواج رادیویی ایجاد کننده تداخل پیش نمی آید. 

۲- به دلیل صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی، ترانس های الکترونیکی روز به روز به میزان بیشتری مورد استفاده قرار می گیرند. طبق قوانین اتحادیه اروپا، استفاده از ترانسفورماتورهای مغناطیسی با تلفات زیاد در حال حاضر ممنوع شده و تا سالهای آتی، به دلیل تلفات بالای انرژی، استفاده و تولید ترانسفورماتورهای مغناطیسی با تلفات کاهش یافته نیز در کشورهای اروپایی ممنوع خواهد شد.

 
  • شار نوری لامپ های تخلیه گازی

مقادیری که به عنوان شار نوری و منحنی پخش نور لامپ ارایه می شود، در آزمایشگاه و پس از ۱۰۰ ساعت کار لامپ اندازه گیری شده اند و نکته بسیار مهم در مورد شار نوری لامپ های مختلف، وضعیت قرارگیری آن ها است، به عنوان مثال برخی از مدل های لامپ های گازی مستقیم و بخار جیوه باید به صورت عمودی طوری که سرپیچ آنها رو به بالا یا رو به پایین است قرار بگیرند.

چنانچه لامپ با هر وضعیت دیگری روشن شود، تغییرات قابل توجهی در شار نوری خروجی، رنگ نور یا طول عمر لامپ ممکن است اتفاق بیافتد.

 تغییرات دمای محیط اطراف لامپ، تاثیر قابل توجهی بر نور لامپ می گذارد. در دماهای بسیار پایین، ایگنایتورهای مخصوصی باید در نظر گرفته شود. لامپ های متال هالید و لامپ های بخار سدیم پرفشار، حداکثر شار نوری را در دمای بالا منتشر می سازند.

 

  • تغيير رنگ نور در لامپ های تخلیه گازی

لامپ های متال هالید نسبت به ولتاژ بسیار حساس هستند و به همین دلیل، در یک مجموعه، چنانچه ۲ لامپ با هم مقایسه شوند، ممکن است اختلاف اندکی در رنگ نور آنها مشاهده شود که می تواند به خاطر تفاوت در ولتاژ خروجی مدار کنترلی، یا دمای داخل چراغ باشد.

 

ساختار داخلی لامپ های تخلیه گازی

ساختار داخلی یک لامپ تخلیه گازی

 

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات