ITRM20100028A1 - "innovativo starter per lampade a fluorescenza" - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: INNOVATIVO STARTER PER LAMPADE A FLUORESCENZA;

La presente invenzione riguarda il settore dell’illuminazione, ed in particolare è relativa ad un innovativo starter per lampade a fluorescenza.

La lampada al neon è un tipo di lampada a scarica costituita da un bulbo di vetro trasparente contenente gas neon a bassa pressione.

Nel linguaggio comune le lampade fluorescenti, usate per l'illuminazione di uffici ed abitazioni, vengono chiamate erroneamente “lampade al neon”. A differenza delle prime però, le lampade al neon propriamente dette emettono una luce arancione di debole intensità e sono impiegate più per funzioni di segnalazione che di illuminazione.

La lampada fluorescente è un particolare tipo di lampada a scarica in cui l'emissione luminosa visibile è indiretta, ovvero non è emessa direttamente dal gas ionizzato, ma da un materiale fluorescente (da cui il nome).

Come si è detto, questo tipo di lampade sono erroneamente chiamate lampade al neon o tubi al neon, ma non sempre contengono neon e in realtà il loro funzionamento è dovuto principalmente alla presenza di vapori di mercurio e di materiali fluorescenti, e non al neon.

La lampada fluorescente è costituita da un tubo di vetro, che può essere lineare, circolare o variamente sagomato (si distinguono in particolare le lampade CFL, Compact Fluorescent Lamp, che hanno il tubo di forma tale da avere poco ingombro e solitamente integrano l'elettronica di alimentazione e sono fornite di attacco E27) al cui interno è dapprima praticato il vuoto, poi introdotto un gas nobile (argon, xeno, neon, o kripton) a bassa pressione ed una piccola quantità di mercurio liquido, che in parte evapora mescolandosi al gas nobile. La superficie interna del tubo è rivestita di un materiale fluorescente, dall'aspetto di una polvere bianca. Ai due estremi del tubo sono presenti due elettrodi.

Gli elettroni in movimento tra i due elettrodi eccitano gli atomi di mercurio contenuti nel gas, sollecitandoli ad emettere radiazione ultravioletta. Il materiale fluorescente di cui è ricoperto il tubo, investito da tali radiazioni, emette a sua volta luce visibile. Poiché la luce visibile ha una frequenza e quindi una energia inferiore a quella ultravioletta, la trasformazione prodotta dal materiale fluorescente comporta una inevitabile perdita di energia, sotto forma di calore, che determina il riscaldamento del tubo. Una differente composizione del materiale fluorescente permette di produrre una luce più calda oppure più fredda.

Gli elettrodi di un tubo fluorescente, al contrario di una lampada ad incandescenza non possono essere collegati direttamente alla rete elettrica perché per la sua caratteristica tensione-corrente, la lampada deve essere alimentata in limitazione di corrente. Per questo motivo si pone in serie alla lampada un dispositivo in grado di limitare la corrente, solitamente una induttanza, chiamata comunemente reattore, che permette in aggiunta di generare una sovratensione che agevola l'innesco, oppure in rarissimi casi si usa una resistenza. E s i s t o n o d u e c a t e g o r i e d i a l i m e n t a t o r i : elettromagnetici, che richiedono l'utilizzo del cosiddetto starter ed elettronici, che rendono invece non necessario lo starter.

Le lampade fluorescenti hanno una vita media maggiore rispetto a quelle ad incandescenza, ma la loro durata può essere fortemente influenzata dal numero di accensioni e spegnimenti, a meno che non si usi un pilotaggio elettronico: ognuna di queste operazioni, infatti, riduce la vita della lampada, a causa dell’usura subita dagli elettrodi. Il valore che viene fornito dalle aziende produttrici è generalmente calcolato con cicli di accensione di 8 ore, e va dalle 12-15000 ore delle lampade tubolari alle 5-6000 ore delle lampade compatte.

Il pilotaggio elettronico, invece, grazie al preriscaldo dei catodi (elettrodi), ne evita il danneggiamento consentendo un numero di accensioni praticamente infinito (oltre 60000) e la precisione del controllo ne estende la vita ad almeno 10000 ore. A differenza delle lampade a incandescenza, queste lampade perdono leggermente in quantità di flusso luminoso emesso nel corso del tempo, inoltre per i modelli meno recenti (generalmente senza preriscaldo) di lampade compatte possono impiegare generalmente qualche minuto per arrivare al massimo di emissione possibile dopo l’accensione.

Il cosiddetto starter o accenditore (dal verbo inglese “t o s t a r t” = avviare) in ambito illuminotecnico è un dispositivo generalmente utilizzato nelle lampade a scarica per avviarne il funzionamento.

Questo dispositivo causa il riscaldamento degli elettrodi della lampada fino a una temperatura di circa 1200-1300°K, avviando in questo modo il processo di ionizzazione del gas. Ciò determina quindi la scarica che consente poi la completa ionizzazione del gas ed il funzionamento a regime della lampada.

Lo starter deve essere opportunamente calibrato per ottenere un'accensione quanto più veloce e decisa. Questo componente, seppur entro certi limiti, ha tuttavia la capacità di adattarsi a lampade a scarica di diversa potenza.

Lo starter è sostanzialmente un interruttore in cui il contatto mobile è costituito da una lamina bimetallica che si deforma riscaldandosi. La sequenza di accensione del tubo è la seguente:

1. Inizialmente (starter freddo) il contatto interno è aperto;

2. Applicando tensione al circuito, il gas contenuto nello starter si ionizza provocando il riscaldamento della lamina bimetallica interna che, in seguito alla dilatazione termica, chiude il contatto interno, riscaldando al contempo i filamenti della lampada grazie al passaggio di corrente;

3. La chiusura del contatto interno provoca l'azzeramento della tensione ai capi della lamina, che quindi si raffredda contraendosi, riaprendo così il contatto interno dopo circa un secondo;

4. L'apertura del circuito causata dallo starter provoca, per effetto dell'autoinduzione sul reattore, una sovratensione tale da causare la scarica e conseguente ionizzazione del gas della lampada, con la sua accensione.

Nel caso l'accensione non andasse a buon fine, lo starter ripete automaticamente la sequenza ora descritta.

E’ necessario evidenziale il fatto che gli starter attualmente noti, non sono in grado di garantire nel tempo un’accensione rapida della lampada a fluorescenza, e col passar del tempo le loro caratteristiche di funzionamento si deteriorano, fino a che la lampada non si accende più ed è necessaria la loro sostituzione.

Oltre a ciò, con gli attuali starter l’accensione della lampada non è immediata come quella delle lampade ad incandescenza, ed in molti casi bisogna attendere qualche minuto per avere la massima luminosità dalla lampada.

Inoltre, quando una lampada a fluorescenza inizia ad “esaurirsi ”, c ioè a qu ando le s ue caratteristiche di funzionamento si deteriorano, deve essere sostituita in quanto gli starter attualmente noti non sono in grado di accenderla.

Scopo della presente invenzione è quello di superare i problemi suddetti fornendo un innovativo starter che garantisce un’accensione istantanea delle lampade a fluorescenza ed un funzionamento costante nel tempo, anche in presenza di lampade che con gli starter attualmente noti non si accendono più, evitando la necessità di sostituire le lampade stesse con evidente risparmio economico e di manodopera.

Ciò è stato ottenuto, secondo il trovato, fornendo uno starter atto ad essere collegato in parallelo alla lampada fluorescente, comprendente un condensatore collegato in serie ad un dispositivo elettronico di tipo noto, atto a interrompere il passaggio di corrente e ad isolare detto condensatore quando il voltaggio si abbassa al di sotto un determinato valore a causa dell’accensione della lampada stessa.

Una migliore comprensione del trovato si avrà con al seguente descrizione e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non già limitativo, alcune preferite forme realizzative del trovato.

Nei disegni:

la figura 1A mostra schematicamente un circuito di alimentazione di tipo noto per una lampada fluorescente dove: S=starter, L=lampada, C=condensatore filtro, R=reattore;

le figure 1B e 1C, anch’esse relative alle tecnica nota come la fig. 1A, mostrano rispettivamente uno schema di collegamento con starter luminescente ed uno schema di collegamento con starter termico;

la figura 2 mostra schematicamente un circuito di alimentazione per una lampada fluorescente in cui è presente una prima forma di realizzazione dello starter secondo la presente invenzione;

la figura 3 mostra schematicamente un circuito di alimentazione per una lampada fluorescente in cui è presente una seconda forma di realizzazione dello starter secondo la presente invenzione;

la figura 4 mostra schematicamente un circuito di alimentazione per una lampada fluorescente in cui è presente una terza forma di realizzazione dello starter secondo la presente invenzione;

la figura 5 mostra schematicamente un circuito di alimentazione per una lampada fluorescente in cui è presente una quarta forma di realizzazione dello starter secondo la presente invenzione;

la figura 6 mostra schematicamente un circuito di alimentazione per una lampada fluorescente in cui è presente una quinta forma di realizzazione dello starter secondo la presente invenzione;

la figura 7, analoga alla fig. 2, mostra un circuito in cui la prima forma di realizzazione del trovato viene utilizzata per alimentare una nuova lampada fluorescente priva di filamenti interni;

le figure da 8 a 11, analoghe alle precedenti fig. da 3 a 6, mostrano l’utilizzo delle diverse forme di realizzazione del trovato per alimentare detta nuova lampada fluorescente priva di filamenti interni;

la figura 12 mostra una variante del circuito di fig. 2, in cui i filamenti interni a ciascuna estremità di una lampada fluorescente di tipo noto sono cortocircuitati;

la figura 13, analoga alla precedente, mostra il trovato che alimenta e accende detta lampada di tipo noto anche se uno dei filamenti interni è interrotto;

la figura 14 mostra una variante semplificata della prima forma realizzativa di fig. 2.

La presente invenzione è relativa ad un innovativo starter per l’accensione di lampade fluorescenti, il quale è in grado di garantire un’accensione sempre immediata della lampada fluorescente, anche nel caso in cui la lampada si esaurisca nel tempo.

E’ ben noto che se alimentiamo una lampada fluorescente in corrente alternata, il solo reattore non basta per accenderla. Infatti, quando la tensione torna a zero al termine del primo semiperiodo (positivo o negativo), le particelle del gas nella lampada perdono la ionizzazione e la lampada non si accende.

Con riferimento alla figura 2, una prima forma realizzativa del trovato prevede di collegare, in parallelo ad una lampada a fluorescenza, un nuovo starter costituito da un condensatore C1 collegato in serie ad un DIAC.

E’ opportuno ricordare che il DIAC (Diode for Alternating Current: diodo per corrente alternata) fa parte dei dispositivi a semiconduttore.

Dal punto di vista funzionale può essere pensato, in prima approssimazione, come l'accoppiamento di due diodi Zener in antiserie oppure anche come uno scaricatore a gas. In pratica il DIAC presenta elevata impedenza fino ad un valore soglia di differenza di potenziale (definito breakover) oltre il quale l'impedenza crolla, permettendo un elevato flusso di corrente. Si noti che a differenza dei normali diodi, il DIAC non è polarizzato, ovvero è bidirezionale.

La funzione del condensatore C1 è proprio quella di accumulare le cariche elettriche grazie alla tensione ai capi della lampada durante il primo semiperiodo e, in concomitanza con l’inversione di tensione del secondo semiperiodo, ai capi della lampada fluorescente si genera una tensione di 220 V che è sufficiente ad innescare l’accensione del gas ionizzato presente suo interno.

Una volta accesa la lampada (ad esempio di 40 W), la tensione agli estremi della lampada diminuisce stabilizzandosi a circa 120 V e conseguentemente il DIAC interrompe il ramo del circuito isolando il co nd ensa to re C1 , in mo do che la la mpada a fluorescenza sia in serie al reattore senza avere alcun componente circuitale in parallelo.

Secondo una caratteristica peculiare della presente invenzione, lo starter ora descritto riduce i consumi di energia elettrica in quanto il condensatore C1 non assorbe energia quando la lampada è accesa, mentre il condensatore degli starter attualmente noti resta sempre collegato in parallelo alla lampada anche quando essa è accesa

Una seconda forma di realizzazione del trovato, mostrata in figura 3, prevede uno starter collegato in parallelo alla lampada a fluorescenza, nel quale il DIAC sopra descritto è sostituito da un TRIAC collegato in parallelo ad un DIAC: in tale caso, i due poli del DIAC sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore C1.

Anche con questa seconda forma realizzativa, quando la lampada fluirescente è accesa, la tensione ai suoi capi si abbassa fino a circa 120 V e conseguentemente il DIAC aumenta la sua impedenza disattivando così anche il TRIAC.

Giova ricordare che il TRIAC (dall'inglese Triode for Alternating Current) è un componente elettronico a semiconduttore specificamente progettato per controllare carichi in corrente alternata. Il TRIAC è impiegato essenzialmente in due modi: come relé e come dimmer (regolatore di potenza).

Si tratta di un dispositivo a tre terminali, di cui due sono detti anodi e sono la via di passaggio per la corrente controllata, mentre il terzo, definito gate, è l'ingresso di controllo. Idealmente il T RIA C e qu iva le a due SC R col leg at i in antiparallelo con il gate in comune. Ciascun elemento conduce solamente nel semiperiodo dell'onda in cui è polarizzato direttamente, da quando viene applicato un impulso di corrente al gate (superiore ad una soglia minima di sensibilità) fino al passaggio per lo zero della corrente. Nel caso della rete elettrica industriale a 50 Hz il semiperiodo dura 0,01 secondi. Si noti che il TRIAC non regola la corrente, ma può trovarsi esclusivamente nelle modalità di conduzione o interdizione. Ciò non è uno svantaggio, anzi permette di gestire elevate potenze con piccoli segnali di comando e con limitata dissipazione di calore.

Una terza forma di realizzazione dell’invenzione, mostrata in figura 4, prevede uno starter collegato in parallelo alla lampada a fluorescenza, nel quale il DIAC sopra descritto è sostituito da un TRIAC collegato in parallelo a due diodi contrapposti D1 e D2, con i terminali anodo in comune: in tale caso, i due terminali anodo dei diodi sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore C1.

Giova ricordare che i diodi disponibili in commercio hanno un valore di tensione inversa oltre il quale si ha il passaggio di una corrente inversa attraverso il diodo stesso.

Il funzionamento è analogo a quanto descritto per la prima e seconda forma di realizzazione del trovato.

Si noti che vantaggiosamente, la presenza di due diodi D1 e D2 con lo zero centrale consente di utilizzare entrambe le semionde della corrente alternata.

Una quarta forma realizzativa del trovato, mostrata in figura 5, prevede uno starter collegato in parallelo alla lampada a fluorescenza, nel quale il DIAC sopra descritto è sostituito da un TRIAC collegato in parallelo ad un diodo D1: in tale caso, il terminale catodo del diodo è collegato al gate del TRIAC e il terminale anodo del diodo D1 è collegato all’anodo del TRIAC opposto al condensatore C1.

A parte il fatto che la presenza di un singolo diodo D1 fa sì che lo starter lavori solo con una semionda della corrente alternata, il funzionamento è analogo a quanto descritto per le precedenti forme di realizzazione.

Una quinta forma realizzativa del trovato, mostrata in figura 6, prevede uno starter collegato in parallelo alla lampada a fluorescenza, nel quale il DIAC sopra descritto è sostituito da un TRIAC collegato in parallelo ad una piccola lampada al Neon L2: in tale caso, i due poli della lampadina al Neon sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore C1.

Il funzionamento è analogo a quanto descritto per le precedenti forme di realizzazione del trovato.

Una seconda caratteristica peculiare della presente invenzione, consiste nel fatto che l’innovativo starter fin qui descritto è utilizzabile anche con lampade fluorescenti prive di filamenti metallici interni.

Nella figura 7 viene mostrata schematicamente una di tali lampade fluorescenti priva dei classici filamenti interni, alimentata con uno starter secondo la prima forma di realizzazione già descritta e mostrata in fig. 2.

Le successive figure da 8 a 11, analoghe alle precedenti figure da 3 a 7, mostrano una lampada fluorescente priva di filamenti interni che viene rispettivamente con ciascuna delle forme di realizzazione del trovato fin qui descritte.

Con riferimento particolare alla figura 12, è interessante notare che con lo starter secondo la presente invenzione, è possibile alimentare ed accendere lampade fluorescenti di tipo noto anche nel caso in cui gli elettrodi di ciascuna estremità sono cortocircuitati tra loro, come chiaramente mostrato in detta figura.

I n t a l e c a s o , s e c o n d o u n a u l t e r i o r e caratteristica peculiare dell’invenzione, è anche possibile utilizzare lo starter fin qui descritto per accendere lampade fluorescenti di tipo noto, cioè con filamenti interni, in cui uno o entrambi i filamenti interni si sono “bruciati” cioè interrotti.

Tale caso è mostrato, a puro titolo di esempio, in figura 13 con riferimento alla prima forma realizzativa di fig. 2, ma evidentemente vale anche per tutte le altre forme di realizzazione già descritte.

Infine, una variante semplificata di tutte le forme realizzative fin qui descritte, mostrata in figura 14, prevede in alternativa al DIAC descritto per la prima forma di realizzazione e collegato in serie al condensatore C1, sia previsto un semplice pulsante di accensione, del tipo normalmente aperto, che viene premuto inizialmente solo per accendere la lampada fluorescente e poi rilasciato quando questa si è accesa.

Vantaggiosamente, l’efficienza dell’innovativo starter fin qui descritto consente di accendere anche lampade a fluorescenza “esaurite”, cioè che gli starter di tipo finora noto non sono più in grado di accendere.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Dispositivo per l’accensione istantanea di lampade a fluorescenza, o starter, caratterizzato dal fatto di comprendere un condensatore (C1) collegato in serie ad un dispositivo elettronico di tipo noto, atto ad interrompere il passaggio di corrente e ad isolare detto condensatore quando il voltaggio si abbassa al di sotto un determinato valore a causa dell’accensione della lampada stessa, in cui detto starter è atto ad essere collegato in parallelo alla lampada fluorescente; la funzione del condensatore (C1) essendo proprio quella di accumulare le cariche elettriche grazie alla tensione presente ai capi della lampada durante il primo semiperiodo, ottenendosi così che, in concomitanza con l’inversione di tensione del secondo semiperiodo, ai capi della lampada fluorescente si genera una tensione, ad es. di 220V, che è sufficiente ad innescare l’accensione del gas ionizzato presente suo interno.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è un DIAC; ottenendosi così che una volta accesa la lampada a fluorescenza, la tensione agli estremi della lampada diminuisce, stabilizzandosi ad esempio a circa 120 V, e conseguentemente il DIAC interrompe il proprio ramo del circuito isolando il condensatore (C1), in modo che la lampada a fluorescenza sia in serie al reattore senza avere alcun componente circuitale in parallelo; ottenendosi così che quando la lampada è accesa il condensatore non assorbe energia, riducendo i consumi energetici rispetto agli starter attualmente noti in cui il condensatore degli resta sempre collegato in parallelo alla lampada anche quando essa è accesa.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è costituito da un TRIAC collegato in parallelo ad un DIAC avente i due poli che sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore (C1); ottenendosi così che quando la lampada fluirescente è accesa, la tensione ai suoi capi si abbassa, ad esempio fino a circa 120 V, e conseguentemente il DIAC aumenta la sua impedenza disattivando così anche il TRIAC.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è costituito da un TRIAC collegato in parallelo a due diodi contrapposti (D1 e D2), con i loro terminali anodo in comune, in cui i due terminali anodo dei diodi sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore (C1); la presenza dei due diodi (D1 e D2) con lo zero centrale consentendo di utilizzare entrambe le semionde della corrente alternata. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è costituito da un TRIAC collegato in parallelo ad un diodo (D1), in cui il terminale catodo del diodo è collegato al gate del TRIAC e il terminale anodo del diodo (D1) è collegato all’anodo del TRIAC opposto al condensatore (C1). 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è costituito da un TRIAC collegato in parallelo ad una piccola lampada al Neon (L2), in cui i due poli della lampadina al Neon sono collegati rispettivamente al gate del TRIAC e al suo anodo opposto al condensatore (C1). 8. D i s p o s i t i v o s e c o n d o u n a d e l l e rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è utilizzabile anche per accendere lampade fluorescenti prive di filamenti metallici interni. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che è utilizzabile per alimentare ed accendere lampade fluorescenti di tipo noto nelle quali gli elettrodi di ciascuna estremità sono cortocircuitati tra loro. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto è atto ad accendere lampade fluorescenti di tipo noto, cioè con filamenti interni, in cui uno o entrambi i filamenti interni sono interrotti. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di tipo noto, collegato in serie al condensatore (C1), è costituito da un semplice pulsante di accensione, del tipo normalmente aperto, atto ad essere premuto inizialmente – da parte dell’utente - solo per accendere la lampada fluorescente e poi rilasciato quando questa si è accesa.