Πειραματική διερεύνηση του φαινομένου της έναυσης των λαμπτήρων φθορισμού και επίδραση των παραμέτρων της στη διάρκεια ζωής τους

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει την έρευνα που έγινε επί των σύγχρονων λαμπτήρων φθορισμού, για την επίδραση στο χρόνο ζωής τους, διαφόρων ηλεκτρικών χαρακτηριστικών, που επιβάλλονται σε αυτούς από τα ballast. Ένα μεγάλο δείγμα συστημάτων ετέθη σε λειτουργία και γίνονταν τακτικές μετρήσεις, ώστε να διερευνηθεί και η μεταβολή των χαρακτηριστικών αυτών κατά τη γήρανση των λαμπτήρων. Με ιδιαίτερο ενδιαφέρον μελετήθηκε η συμπεριφορά των ηλεκτροδίων κατά την έναυση και κατά τη λειτουργία των λαμπτήρων. Τα συστήματα επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτουν ευρύ φάσμα διαφορετικών λειτουργικών χαρακτηριστικών. Επίσης, οι τύποι των συστημάτων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τέτοιοι που έδωσαν συγκρίσιμα μεταξύ τους αποτελέσματα. Για την επιλογή των συστημάτων και την οργάνωση των πειραματικών μετρήσεων ελήφθη υπ’ όψιν η πλέον πρόσφατη διεθνής βιβλιογραφία. Ανάλογα με τον τρόπο έναυσης των λαμπτήρων, επελέγησαν συστήματα με ballast άμεσης και γρήγορης έναυσης. Οι λαμπτήρες που επελέγησαν ήταν σωληνωτοί και συμπαγείς (χωρίς ενσωματωμένο ballast). Όσον αφορά στον χρόνο προθέρμανσης, χρησιμοποιήθηκαν ballast με μικρό, μέτριο και μεγάλο χρόνο προθέρμανσης και μελετήθηκε εκτενώς η θερμοκρασία των ηλεκτροδίων τη στιγμή της έναυσης, με βάση την μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασής τους. Όλοι οι τύποι συστημάτων ετέθησαν σε λειτουργία υπό πέντε χρονικούς κύκλους λειτουργίας, γρήγορους και αργούς. Τα συστήματα λειτούργησαν με ποικιλία τιμών στα διάφορα χαρακτηριστικά τους, επιτρέποντας τη μελέτη της επίδρασης καθενός στη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων. Η διατριβή αναπτύσσεται σε επτά κεφάλαια. Τα πρώτα έξι αναφέρονται στην πρακτική διεξαγωγής πειραμάτων σε συστήματα λαμπτήρων φθορισμού και στις διεξαχθείσες μετρήσεις, αποτελέσματα και συμπεράσματα. Το έβδομο συνοψίζει τα συμπεράσματα και προσδιορίζει το αντικείμενο σχετικών με το θέμα μελλοντικών ερευνών. Οι κυριότεροι στόχοι και τα αποτελέσματα της εργασίας είναι τα ακόλουθα:  Ερευνήθηκε η επίδραση των χαρακτηριστικών που μελετήθηκαν στη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων.  Έγινε συγκριτική μελέτη των διαφόρων τύπων συστημάτων που χρησιμοποιήθηκαν.  Έγινε διερεύνηση της μεταβολής των διαφόρων χαρακτηριστικών με τη γήρανση των συστημάτων και έγινε πρόβλεψη του χρόνου ζωής των λαμπτήρων βάσει αυτών.  Μελετήθηκε και δόθηκε μαθηματικό μοντέλο για τη μεταβολή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας του νήματος των ηλεκτροδίων με την αλλαγή της πίεσης του λαμπτήρα και της επιβαλλόμενης τάσης και συχνότητας.

This thesis presents a survey on modern fluorescent lighting and the effect on the lamp life of various electrical characteristics imposed upon the lamp by the ballast. A large sample of systems operated and regular measurements of these characteristics were carried out to investigate their change during the aging of the lamps. Of particular interest was the behavior of the electrodes at the starting and also during the operation of the lamp. The systems were chosen to cover a wide range of different functional characteristics. Furthermore, the types used were such that could give comparable results. The selection of the systems and planning of the experimental measurements have taken into account the most recent international literature. Depending on the mode of ignition of the lamp two types of ballast were selected: instant start ballasts and rapid or programmed start ballasts. The type of lamps selected were tubular T5 and compact (with non integrated ballast). The preheating time intervals of the ballast were selected to be fast, medium and long. It was studied extensively the temperature of the electrodes at the time of lamp starting, based on measuring the electrical resistance of the filament. All the systems operated in five different operating cycles, fast and slow. Based on these choices, the systems operated with a variety of values of their features, allowing the study of the effect of each characteristic on the lamp life. The thesis unfolds in seven chapters. The first six chapters refer to the practice of the experiments on fluorescent lighting systems, the measurements, the results and the conclusions. The last chapter summarizes the findings and identifies the object on the subject for future investigation. The main objectives and outcomes of this work are:  The effect of the characteristics on the life of the bulbs was investigated.  A comparative study of the incidence of the various characteristics on the lamp life was carried out.  The change with the aging of the various characteristics of the systems was investigated and a prediction was made for the destruction of the bulbs.  An experiment was carried out to study the heat transfer coefficient of the electrode filaments under various pressures, voltage and frequency values.