Principiile de functionare al lampilor cu descarcari

PRINCIPIILE DE FUNCTIONARE AL LAMPILOR CU DESCARCARI

Datorita carcateristici tehnico-functionale a lampilor cu incandescenta s-au facut cercetari pt o sursa de lumina mai performanta.

Conversia energiei electrice in lumina la LD- lampi cu descarcare - se realizeza prin excitarea atomilor de gaz nu de vapori metalici asupra carora actioneaza un camp electric. Acest camp electric este realizat prin aplicarea unei tensiuni electrice la 2 electrozi aflati montati la capetele unei incinte etanse. Acea incinta etans mentine mediul de lucru si cei 2 electrozi.

EL= UL/ l [V/m].

Cu Rv variem curentul I deci variem UL de la 0 la U. FIGURA 1

@@@ cercurile negre sunt electroni negative

+ + + cercurile albe sunt electroni pozitivi.

Se ia cazuri : cand Ul< U primul caz, al doilea caz fiind ptr Ul>U ;

Al treilea caz cand UL aproximativ egal cu U.

1. UL<U tensiune de rezonanta (amorsare).

In incinta mediul gazos este caracterizat in starea initiala printr-o rezistenta foarte mare. In aceasta faza are loc fenomenul de ionizare de tip electric ce nu produce modificari ale structurii mediuluii gazos.

Cuanta de energie impriamta de purtatorii de sarcina sub actiunea camplui electric EL ΔW=q*UL.

In urma acestor ciocniri are loc o incalzire a mediului. Energie de impact se transfoma in energie termica. Aceasta faza se numeste descarcare electrica obscura (fara lumina) doar incalzirea mediului.

2. UL> U faza caraceterizata prin ciocniri metalice cu modificarea     tructurii temporale.

Atomii ciocniti sunt excitati.

Aceasta stare este instabila si electronul excitat va reveni pe orbita lui energatica de baza. Tranzitia electronului excitat de pe niveulu energetic superior inapoi pe orbita lui de baza se face cu radiatie de lumina (energie electromagnetica radianta).

ΔW=q*UL= q*Ur= ΔW'. Cuanta de energie transmisa ep' la ep".

ΔW'= νr*h=(c*h)/λconstanta lui Planc.

Obtinem ca λr*Ur= (c*h)/q=k=1239.4 [mmV].

Spunem ca e vorba de o descarcare electrica in luminiscenta in regim de licarire.

Coloana luminiscenta produsa de o descarcare se ... repartizata pe 3 zone de caracteristici :

-in vecintatea catodului lumina catodica lumina redusa?????

- o zona intunecata redusa

-coloana luminoasa pozitiva se intinde pana la A.

3. UL=~ Ui tensiunea de ionizare.

Au loc ciocniri metalice cu modificarii structurale ale parametrilor. Adica ΔW=q*Ui este atat de mare incat poate smulge atomii periferici.

Se inmultesc ee si atomul se transforma in ion pozitiv prin pierderea ep.

Smulgerea de ep este insotita de radiatie luminoasa.

Astfel are loc un process energetic de ionizare care duce la cresterea in avalansa a numarului de purtatori liberi de sarcina din incinta si conduce la o descarcare in arc electric insotita de efect termic si luminescent.

In extremis tubul poate chiar sa se distruga prin cresterea necontrolata a purtatorilor de sarcina , mai exact, a curentului,prin tub.

Pe parcursul etapelor analizate rezistenta interna a mediului din incinta a scazut foarte mult.

Carcateristica statica de descarcare.Ul=f(IL) figura2.

Saltul purtatorilor de sarcina se observa ca tensiunea U creste dar curentul I ramane mic.

Aspectul nelianiar este de rezistenta dinamica negativa RL=dUL/dIL <0.

Punstul de functionare static P.F. al descarcarii se poate realiza cu ajutorul unui element exterior de circuit (balast).

Daca dorim stabilirea P.F. in zona de descarcare in arc electric e nevoie de un element exterior.

eee electroni liberi

ep electron periferic

1. incalzirea rezistiva - se bazeaza pe efectul Joule

puterea specific ace se disipa in procesul de conductie intr-un conductor parcurs de current electric se transforma ireversibil in caldura;

pj= E*j [W/m3]= rezulta ;

energie termica

a)Echipamentul pentru incalzirea directa a

rezistentelor

MS-masa sarjei(materialul sarjei)-cantitatea de masa prin care se intelege intr-un proces tehnologic-sarja

b) Echipamentele electrotermice pentru incalzirea indirecta

a)Materialul sarjei este el insusi mediul disiparii de caldura prin efect Joule.Pot fi supuse procesului de incalzire rezistiva materiale conductoare.

La incalzirea profilelor metalice pt a fi inmuiate pt a suferi ulterior procesul de indoire,laminare etc

In industrie:-pt obtinerea electrozilor de grafit;

-pentru incalzirea apei.

b)Este bazat pe urmatoarea constructie:

-o incinta din materiale termoizolante care delimiteaza o camera de incalzire echipata la interior cu elemente incalzitoare rezistive,R, alimentate de la sursa si care sunt mediul disiparii de energie electrica ce se transforma in caldura.

De la elementul R, caldura se transmite la MS prin caile de transmisie cunoscute(inductie,convectie,radiatie).

Ex : termoplonjon,cupla.

Sunt mai mari pierderile decat in cazul a)

Avantaj: se utilizeaza la incalzirea oricaror materiale(nu doar conductoare..)

Aceste cuptoare se intalnesc:

-electrice de joasa temperatura:transmiterea caldurii se face prin convectie(θ=600-700 );

-de medie temperatura:700-800-transmiterea caldurii se face preponderent prin radiatie.

-de inalta temperatura>1100-preponderent prin radiatie.

In functie de modul tehnologic in care MS este supusa incalzirii avem cuptoare:

-de tip intermitent-pe etape(ca acasa la cuptor);

-de tip continuu:**cu functionare continua.

**se plimba MS intr-un camp electric

Exemplu: resou, masina de spalat, plita electrica etc..

4. Incalzirea DIELECTRICA

Este pretabila la piese din materiale electroizolante. Incalzirea provine din transferul energiei continute in campul electromagnetic intr-un material dielectric prin inductie si prin histerezis dielectric.

Moleculele din care e alcatuit materialul sarjei sunt ..

Dispersia de caldura prin histerezis este un fel de frecare vascoasa.Acele molecule sunt antrenate de campul electric intr-o miscare de oscilatie,rezulta producere de caldura in masa sarjei.

Pv=P/V= KfE εr tg δ[W/m3].

E=U/l [V/m]

Avem aceasta limitare data de conturnarea pentru cresterea .

Prin frecventa se obtin posibilitati de injectare a unor puteri convenabile. La inalta frecventa (MHz - GHz) in chiar MS.

La aceste frecvente λ are lungimea comparabila cu a pieselor din instalatia de incalzire.

Tipic avem f=2,45 GHz.

Din punct de vedere al materialului dielectric nu toate sunt pretabile la incalzirea prin acest procedeu.

Din punct de vedere al εr tg δ avem :

εr tg δ > 1 , se preteaza foarte bine la incalzirea prin piese ???? dielectrice de inalta frecventa.

εr tg δ apartine [0.01-1] pot fi incalzite astfel dar nu ?????

εr tg δ<0.01 nu pot fi incalzite astfel.

Acesti parametri de material nu sunt cst. εr si tg δ variaza cu temperatura,frecventa si cu factorii de mediu.

Instalatia echipamentele de incalzire ba trebuii prevazuta cu sistem de reglaj a puterii ca sa tina cont de variatia parametrilor de material.

Ex. : Incalzirea in camp de microunde. De regula (εr tg δ)apa > (εr tg δ)mat. tehnologice. Rezulta incalzirea va fi selectiva.

Aplicatii

-incalzirea pentru uscarea lemnului.

-uscarea cleiului in lemn.

Indicatori energetici ai proceselor electrotermice

Caracterizarea din punct de vedere energetic a instalatiilor electrotermice se face prin determinarea randamentului , a factorului de putere , puterilor , consumul specific de energie , [1]productivitatea. Aceasta necesita cunoasterea bilantului energetic(sau al puterilor) la nivelul instalatiei electrotermice.

P_u=puterea utila necesara incalzirii masei m [kg] a sarjei la temperatura v_f [⁰C] finala , de la v_i [⁰C] in timpul de incalzire t_f [s] .

c[J/kg⁰C] , [Wh/kg⁰C] =caldura specifica masica a materialului

c_metale = 0.035 .0.28 [Wh/kg⁰C]

c_apa = 1.16 [Wh/kg⁰C]

c_aer = 0.2 [Wh/kg⁰C]

Daca apar si transformari de stare (topire/solidificare,vaporizare/condensare) intervine entalpia masica :

i = c(v_f -v_i) + A[J/kg] , [Wh/kg]

functie de caldura A [Wh/kg ] necesara transferului de stare (din tabele , diagrame de materiale).

p_t + p_e =p - reprezinta pierderile termice si ********* la cuptor

p_rs - reprezinta pierderile retelei scurte

p_Trafo - reprezinta pierderile transformatorului

Randamentul total al instalatiei este :

η_tot

η_tot η η_rs η_Trafo - indica puterea P_u din puterea absorbita de la retea (P_tot) care se transforma in caldura in materialul sarjei de incalzit.

η = randamentul cuptorului ; η_rs= randamentul retelei scurte ; η_Trafo = randamentul transformatorului

Randamentul cuptorului :

η sau η

Randamentul termic arata ce parte din puterea dezvoltata de rezistoare ( P_u + p_t ) contribuie la incalzirea incarcaturii (P_u).Se poate exprima si in raport al cantitatii de caldura :

t[sec]=timp incalzire

Cantitatea de caldura Q_pt contine pierderile termice prin :

incalzirea peretilor incinteila la v_f ;

pierderi prin pereti, orificii, usi;

icalzirea instalatiei auxiliare de incarcare, descarcare, transport;

Randamentul electric al echip. electrotermic:

arata ce parte din puterea P(la intrare-absorbita de cuptor) contribuie la incalz. incarcaturii si a pierderilor termice (

Puterea activa: (vezi schema el. de principiu):

absorbita de cuptorabsorbita de instalatie

Puterea reactiva:

[var]

Puterea aparenta:

[var]

Factorul de putere:

Cons. specific de energie:

[W*s/kg]

t=durata totala a procesului tehnologic

P       t

Productivitatea: [kg/ora]

Variatia cons. specific da energie electrica in functie de durata procesului tehnologic (t) si de puterea cuptorului (P) este in figura. => necesitatea unor echipamente electro-termice cu puteri mari ce sa rezulte la procese tehnologice cu durata redusa.