Lampade fluorescenti Generalità sulle lampade fluorescenti:

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1 Lampade fluorescenti Generalità sulle lampade fluorescenti: Le lampade fluorescenti sono lampade a scarica, cioè è il meccanismo della scarica elettrica in un gas a determinare l emissione luminosa, direttamente o indirettamente. Comunemente vengono chiamate anche lampade al neon o tubi al neon per la forma tubolare che normalmente hanno, ma in realtà il gas nobile neon non ha niente a che vedere, o quasi, con queste lampade. Le lampade al neon vere e proprie esistono, ma in esse non è presente nessun convertitore fluorescente; è il gas stesso che attraversato da una scarica elettrica, emette una luce con tonalità cromatica molto vicina all arancione. Lampade di questo tipo con potenze molto piccole, tipicamente di qualche Watt massimo, sono largamente utilizzate per le spie di segnalazione, in quanto presentano buona luminosità, bassissimo consumo, lunga durata, ed inoltre la limitazione della corrente viene realizzata semplicemente inserendo una resistenza da un centinaio di kω (L innesco avviene a tensione di rete per la vicinanza dei catodi, che si aggira intorno a qualche millimetro). Ad esempio le lampade di segnalazione che troviamo negli impianti elettrici residenziali hanno una potenza di 0,5 Watt e una durata media che si aggira intorno ai anni di funzionamento continuato, anche se sarebbe opportuno sostituirle al massimo ogni 5 anni (sempre considerando un funzionamento 24 ore su 24) perché l esaurirsi del gas insieme all annerimento delle pareti interne del bulbo ne riducono drasticamente l emissione luminosa, facendo deteriorare il rendimento in modo significativo. In realtà il gas contenuto nelle lampade fluorescenti è vapore di mercurio a bassissima pressione, ecco perché il nome neon per queste lampade risulta totalmente inappropriato. Inoltre l emissione luminosa non è diretta conseguenza della scarica elettrica nel gas, bensì è il convertitore fluorescente che emette nello spettro visibile. Il vapore di mercurio ionizzato infatti emette luce sull ultra violetto, questa emissione eccita i livelli energetici del convertitore fluorescente, che per il fenomeno appunto delle fluorescenza riemette fotoni a lunghezza d onda diversa da quella assorbita. Praticamente quindi il convertitore fluorescente converte la lunghezza d onda emessa dal gas ionizzato in altre ricadenti nello spettro visibile. Si capisce quindi che il vero cuore della lampada fluorescente sta proprio in quella sottilissima polverina di colore bianco depositata internamente al tubo: il convertitore appunto. Migliorare tecnologicamente la lampada vuol dire andare ad agire

2 proprio qui, infatti ciò che fa la differenza in termini di rendimento, di emissione luminosa ecc. non è tanto la miscela di gas, che è sostanzialmente la stessa, quanto la composizione del convertitore. Per avere rendimenti massimi occorre che l emissione sia praticamente tutta nel visibile e che il 100 % dell emissione luminosa del gas ionizzato sia convertita, tuttavia è bene ricordare che non si deve considerare il rendimento della sola lampada vera e propria, ma anche quello del ballast. Ma continuiamo l analisi delle lampade fluorescenti proprio dal punto di vista del rendimento. Dati non molto recenti indicano l efficienza di queste lampade all 80 %, ma riteniamo che le nuove tecnologie dei convertitori fluorescenti e i ballast elettronici ad alta frequenza abbiano portato il rendimento su un buon %. In tabella 1.1 e 1.2 sono riportate le caratteristiche di alcuni tubi fluorescenti commerciali della Philips di ultima generazione (super 80), e di alcune lampade ad incandescenza, al fine di fare delle considerazioni: TAB 1.1 **840 Fluo Lamps (frun=50 Hz) Tipo lampada Potenza elettrica Flusso luminoso Lumen/Watt (Watt) (lumen) PL-S 11/840/2P ,2 TL-D 18/ TL-D 30/ TL-D 36/ Tipo lampada Potenza elettrica (Watt) TAB 1.2 Incandescents lamps Flusso luminoso (lumen) Oliva A A ,5 Lumen/Watt

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4 BALLAST ELETTRONICI Lo schema a blocchi di un ballast elettronico è il seguente Il filtro in ingresso (EMI electromagnetic interference) ha lo scopo di proteggere la linea da disturbi elettromagnetici prodotti dai segnali in alta frequenza che vengono usati durante il funzionamento del ballast; questi disturbi potrebbero interferire con eventuali segnali audio e video. Il blocco raddrizzatore trasforma il segnale di rete in una continua atta a pilotare il circuito integrato che controlla completamente il funzionamento della lampada. Il circuito di pilotaggio è un circuito risonante (L, C); la lampada costituisce il carico resistivo. Un circuito costituito da una L e una C ha un picco di risonanza a una frequenza ben definita. Variando la frequenza della forma d'onda quadra fornita dal circuito di controllo ci si può avvicinare al picco di risonanza e pilotare la lampada con una tensione sempre più alta. Lavorando a frequenze più alte della risonanza è possibile far passare nella lampada una corrente abbastanza bassa sufficiente per riscaldarla ma non per accenderla, aumentando così il tempo di vita del sispositivo.

5 Ecco come funziona, in breve, una lampada con circuito di controllo elettronico. Inizialmente la lampada viene alimentata con una forma d'onda sinusoidale (grazie al circuito risonante che riceve un'onda quadra in ingresso) ad alta frequenza (es. 70kHz) e una piccola corrente scalda la lampada per circa 1 secondo. Poi la frequenza viene abbassata (55kHz) in un tempo pari a qualche decina di millisecondi finché non si arriva molto vicino al picco di risonanza dove la tensione raggiunge qualche kv. La scarica nel gas presente nella lampada la fa accendere, la curva di risonanza si modifica, perché la lampada accesa costituisce un carico diverso e la tensione si stabilizza intorno ai 100V. A questo punto si può facilmente variare l'intensità luminosa aumentando la frequenza della forma d'onda di controllo. Generalmente tutto questo viene ottenuto con un circuito integrato che può essere nascosto facilmente nella base delle lampade compatte, le cosiddette CFL