СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА Российский патент 1994 года по МПК H01J9/50 H01J61/67 

Изобретение относится к области применения газоразрядных источников света с электродами, покрытыми эмиссионным слоем. Срок службы таких источников света в основном связан с долговечностью эмиссионного покрытия электродов. Скорость расхода этого покрытия определяется температурой электрода. Так, скорость расхода оксидного покрытия определяется скоростью испарения ВаО и Ва, которая резко повышается при температурах выше 1100^оС.

Известны некоторые типы люминесцентных ламп, в которых для уменьшения температуры электродов применены экраны [1] .

Однако экраны усложняют конструкцию электродов и технологию их изготовления.

Известно устройство для питания люминесцентной лампы, содержащее соединенные последовательно балластный дроссель, два выпрямителя, стартер и выводы, подключенные к нитям накала люминесцентной лампы [2] . Выпрямители выполнены в виде однофазных диодных мостов и включены последовательно со стартером, а диагоналями выпрямленного тока - к выводам для подключения нитей накала люминесцентной лампы. При этом во время пуска лампы, когда стартер замыкает цепь подогрева нитей накала лампы, ток протекает через них в каждый полупериод независимо от полярности питающего напряжения. В рабочем режиме при разомкнутом стартере в течение одного полупериода, питающего напряжения, ток протекает через одну половину нити накала, а в течение другого полупериода - через другую половину нити накала. Это позволяет обеспечить нормальный предварительный нагрев нитей накала лампы в пусковом режиме и более равномерное распределение нагрузки на нити накала лампы в рабочем режиме, что уменьшает температуру катодных пятен. В результате срок службы люминесцентных ламп увеличивается и уменьшаются потери мощности в них.

Недостатком этого устройства является его неэффективность во второй половине срока службы люминесцентной лампы, когда температура ее электродов, скорость расхода оксида и потери мощности наиболее высоки. Это не позволяет значительно увеличить срок службы люминесцентных ламп и снизить потери в них мощности.

Целью изобретения является увеличение срока службы газоразрядных источников света с электродами, покрытыми эмиссионным слоем, путем снижения в течение срока службы рабочей температуры электродов и уменьшения скорости испарения их эмиссионного покрытия, когда долговечность таких источников света ограничена испарением эмиссионного покрытия любого из электродов.

Известно, что во время работы люминесцентной лампы на катоде образуется катодное пятно. Вследствие неэквипотенциальности катода оно располагается ближе к тому концу спирали, к которому подведено напряжение. В процессе работы люминесцентной лампы расходуется оксидное покрытие электродов, причем, главным образом, в районе катодного пятна, и пятно по мере израсходования оксида постепенно перемещается по электроду, обнажая металлический керн (преимущественно из вольфрама). Поскольку люминесцентные лампы работают в основном на переменном токе процессы на одном и том же электроде оказываются различными в катодный и анодный полупериоды.

В катодный полупериод ток разряда проходит через область катодного пятна и далее по вольфрамовому проводу той части электрода, которая соединена с сетью и на которой оксидный слой уже отсутствует. В анодный полупериод грубо можно допустить, что ток электронов из разряда поступает равномерно на всю поверхность электрода, поэтому его величина максимальна у конца электрода, соединенного с сетью, и минимальна у противоположного конца.

Наблюдения за работой люминесцентных ламп показали, что в течение 70-80% от их срока службы скорость движения катодного пятна изменяется мало. На этом этапе расходуется оксидное покрытие с 35-50% витков спирали. Затем скорость движения катодного пятна начинает увеличиваться, и оксидное покрытие с остальных витков быстро испаряется. Это объясняется тем, что температура катодного пятна зависит от теплового режима всего электрода. При перемещении катодного пятна по спирали электрода увеличивается температура на отработанной части спирали вследствие роста протяженности и сопротивления цепи тока в катодный полупериод, а также ее бомбардировки электронами в анодный и ионами в катодный полупериоды. Кроме того, нагрев этого участка спирали значительно увеличивает его сопротивление, что, в свою очередь, увеличивает рассеиваемую мощность. В результате этот участок спирали раскаляется до свечения. Это ведет к испарению материала керна и осаждению его на оксиде, что повышает работу выхода, катодный потенциал и нагрев электрода.

Но на первом, более длительном, этапе работы люминесцентной лампы нагрев электродов недостаточен для повышения температуры катодного пятна свыше 1100^оС. Это происходит на втором этапе и приводит к увеличению скорости испарения ВаО и Ва и быстрому расходу оксидного покрытия электрода.

Цель изобретения достигается тем, что когда число светящихся витков по крайней мере на одном из электродов составит 35-50% от общего числа витков, изменяют на противоположное подключение выводов каждого электрода к электрической цепи с помощью устройств или перестановкой люминесцентной лампы так, чтобы штырьки (контакты, клеммы) ее цоколя, которые были подсоединены к зажимам сети и балласту, поменялись местами со штырьками (контактами, клеммами) соединенными со стартером. Так как при этом к дросселю и сети подключаются концы электродов с неизрасходованным оксидным покрытием, то температура электродов уменьшится в основном из-за отсутствия тока через спираль в катодный полупериод и будет незначительно превышать температуру электродов новой лампы за счет бомбардировки отработанной части спирали ионами и электронами. В худшем случае лампа отработает еще 70-80% от первоначального срока службы, а в лучшем после этого еще останется около трети спирали с неизрасходованным оксидным слоем и лампа отработает еще 20-30% от первоначального срока службы. Таким образом, срок службы люминесцентной лампы увеличится в 1,5-1,8 раза.

Аналогичных результатов можно достигнуть и многократным изменением на противоположное подключения выводов электродов люминесцентных ламп к электрической цепи на протяжении ее срока службы. При этом расход оксидного покрытия происходит поочередно с участков, расположенных на противоположных концах электродов. Таким образом, до полного испарения оксидного покрытия и выхода лампы из строя исключается ситуация, когда светящаяся часть спирали электрода заметно превышает 50% от витков.

Предлагаемый способ позволяет дополнительно снизить потребление электрической энергии люминесцентной лампой на время, соответствующее 20-30% от первоначального срока ее службы за счет уменьшения почти в 2 раза длины цепи тока по спирали электрода в катодный полупериод и связанного с этим уменьшения температуры спирали и ее сопротивления току в анодный полупериод.

Сравнивая эффективность предлагаемого способа и устройства [2] , необходимо учитывать, что при использовании устройства [2] в анодный полупериод величина тока через спираль максимальна у ее конца, который подсоединен к стартеру, и минимальна у противоположного конца спирали. Таким образом, при использовании устройства [2] нагрев катодных пятен будет уменьшен на первом этапе работы люминесцентной лампы и увеличен после перехода катодных пятен на вторую половину спиралей. Это не приведет к заметному уменьшению скорости перемещения катодных пятен на первом этапе, зато ускорит расход оксида на втором этапе, который наступает несколько позже.

Оценивая вероятность выхода из строя люминесцентной лампы из-за перегорания спирали одного из электродов, необходимо отметить, что использование устройства [2] позволяет значительно уменьшить величину тока на концах спирали электродов люминесцентной лампы соединенных с сетью и дросселем.

Предлагаемый способ не уменьшает величину тока, но уменьшает на 20-30% от первоначального срока службы люминесцентной лампы длительность его воздействия на концы спиралей электродов, соединенные с дросселем и сетью, так как после изменения на противоположное подключения выводов каждого электрода люминесцентной лампы величина тока через эти участки спиралей уменьшается до минимальных значений. Если учесть, что электроды люминесцентных ламп рассчитаны на работу в пусковом режиме, более тяжелом, чем рабочий, а также значительно лучшие условия охлаждения на "тире", чем на спирали электрода, то преимущество устройства [2] перед предлагаемым способом в этом вопросе не представляется значительным.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы переключения электрических цепей, подходящих к выводам электрода, с помощью устройств; на фигурах 3 и 4 - замеры ширины темных колец и пятен на колбах газоразрядных источников света с эмиссионным покрытием электродов.

На фиг. 1 показана схема работы люминесцентной лампы 1 на первом этапе, когда с помощью устройств 2 и 3 вывод 4 электрода 5 соединяют с дросселем, а вывод 6 электрода 7 - с сетью и движение катодного пятна происходит на электроде 5 от вывода 4 к выводу 8, а на электроде 7 от вывода 6 к выводу 9.

На фиг. 2 показана схема работы люминесцентной лампы 1 после переключения устройств 2 и 3.

Выводы 8 и 9 подключаются к дросселю и сети, а выводы 4 и 6 - к стартеру. Так как при этом к дросселю и сети подключены концы электродов с неизрасходованным оксидным покрытием, то температура электродов уменьшится.

Устройства 2 и 3 могут быть любого типа и принципа действия, например переключатели, реле.

Для пояснения сущности изобретения использована стартерная схема зажигания. Однако предлагаемый способ может применяться и в бесстартерных схемах, причем в схемах быстрого зажигания еще с большим эффектом, так как в этих схемах рабочая температура электродов выше, чем в стартерных схемах.

Предлагаемый способ может применяться и в тех случаях, когда вместо люминесцентных ламп используются другие газоразрядные лампы, в том числе ксеноновые, натриевые, эритемные и бактерицидные. Если изменение на противоположное подключения выводов электродов источника света осуществляется его перестановкой, то эффективность предлагаемого способа зависит от правильности выбора момента перестановки. Максимальный эффект получается при свечении 50% от числа витков спирали электрода, у которого светящийся участок больше. В тех случаях, когда контроль светящегося участка спирали электрода неудобен или невозможен, его следует вести по косвенным признакам: ширине темных колец (см. фиг. 3), которые образуются на колбе вокруг электродов, испарившимися с поверхности спирали частицами эмиссионного покрытия и ширине темных пятен (см. фиг. 4), которые образуются на люминофоре вблизи от светящегося участка спирали под воздействием высокой температуры, так как они пропорциональны величине светящегося участка спирали.

Определение необходимых для контроля величин производится в реальных условиях на нескольких лампах данного типа, у которых светящаяся часть спирали электрода составляет 50% . Замеры ширины колец следует производить при выключенных источниках света, а ширины пятен - при включенных. Результаты замеров осредняются. Допускается использование для контроля и одной из осредненных величин. В тех случаях, когда постоянный контроль за шириной темных колец и пятен невозможен (высокое расположение светильников, наличие светофильтров), но известен срок службы источника света в существующих условиях и ведется учет наработки каждого источника света, его перестановку следует производить после отработки 70% от первоначального срока службы.

Если такой учет не ведется, то момент перестановки источника света определяется в процессе периодических осмотров, которые производятся через отрезки времени, соответствующие не более 25% от его первоначального срока службы.

При этом, кроме перечисленных косвенных признаков, контроль может вестись замером величин падения напряжения на спиралях электродов или температуры колбы в приэлектродных областях, которые растут с увеличением светящегося участка спирали.

Перестановка производится, когда светятся 35% и более витков спирали или косвенный признак соответствует такому размеру светящегося участка спирали. Во многих случаях эффективнее вместо периодических осмотров источников света выполнять их перестановки через промежутки времени, не превышающие 30% от первоначального срока службы источника света.

Возможны следующие варианты выполнения перестановки газоразрядных источников света.

При цилиндрической форме колбы перестановка выполняется так, чтобы в новом положении колба была повернута на 180^о вокруг своей продольной оси, а каждый цоколь установлен в розетку, которую занимал до перестановки. Если у источника света под люминофором имеется рефлектор или в других случаях, когда этот вариант перестановки невозможен, она может быть выполнена поворотом на 180^о вокруг поперечной оси колбы, но при условии такого подключения электрических цепей к розеткам светильника, чтобы на каждом цоколе в результате перестановки источника света штырьки (контакты, клеммы), которые были подключены к сети или балласту, поменялись местами со штырьками (контактами, клеммами), соединенными со стартером или другими элементами схемы, которые обеспечивают подогрев электродов в момент включения источника света. Каждый цоколь при этом устанавливается в противоположную розетку. Перестановка газоразрядных источников света с U- и W-образными колбами производится аналогично с соблюдением тех же условий.

Если изменение на противоположное подключения выводов электродов источника света осуществляется многократно на протяжении срока службы с помощью устройств, то трудозатраты по сравнению с перестановкой источника света снижаются. Это позволяет в большинстве случаев сделать промежутки времени между переключениями выводов электродов малыми и получить более значительную прибавку срока службы источника света.

Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет уменьшения эксплуатационных расходов на освещение. (56) Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. - M. : Энергия, 1966.

Авторское свидетельство СССР N 811514, кл. H 05 B 41/23, 1979.

Использование: при эксплуатации люминесцентных ламп. Для уменьшения температуры электродов и увеличения срока службы необходимо после отработки им 70% от первоначального срока службы произвести переполюсовку выводов электродов. Штырьки, которые подсоединены к зажимам сети и балласту, меняются местами со штырьками, соединенными со стартером или другими элементами схемы, которые обеспечивают подогрев электродов в момент включения. Переполюсовку осуществляют, когда светящая часть спирали электрода составляет 35 - 50% от ее витков. Переполюсовку можно осуществлять многократно на протяжении срока службы. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА с электродами, покрытыми эмиссионным слоем, заключающийся в понижении рабочей температуры электродов в течение срока службы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения скорости испарения эмиссионного покрытия электродов и повышения срока службы источников света, уменьшение рабочей температуры осуществляют путем изменения на противоположное подключения выводов каждого электрода к электрической цепи в момент, когда число светящихся витков по крайней мере на одном из них составляют 35 - 50% от общего числа витков. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение подключения выводов осуществляют многократно на протяжении срока службы.