스타터형 형광램프

 

스타터형 형광램프

 

스타터에 의해 전극에 전류를 흘려 예열한 뒤 펄스를 인가하는 시동방식으로 사용하는 형광램프이다. 스타터에 의한 방식으로는 수동 스위치 방식, 글로우 스타터(점등관) 방식, 전자 스타터 방식이 있다.

글로우 스타터(점등관)에 의한 시동방식은 스위치로 전압을 인가하면, 글로우 스타터의 글로우 방전으로 인해 바이메탈 전극이 가열되고, 양전극이 접촉해서 방전이 멈춘다. 그러면 형광램프의 필라멘트에 전류가 흘러 예열되고, 열전자가 나오기 쉬운 상태로 된다. 그사이 글로우 스타터 바이메탈 전극의 온도가 내려가, 양전극이 떨어지고 전류의 급격한 변화가 일어난다.

 

전류변화에 따라 안정기의 인덕턴스와 작용해 펄스전압(킥 전압)이 발생하고, 필라멘트 전극 양단에 인가되어 방전이 시동한다. 스위치를 넣고 점등할 때까지 몇 초가 걸린다. 수동 스위치의 경우는, 글로우 스타터 대신 스위치를 추가하고 전극의 예열시간을 예상해 이 스위치를 끊는다. 그 순간 인덕턴스 킥 전압이 발생해 양전극에 인가되어 방전 시동한다. 글로우 스타터 대신 전자 스타터를 사용하면 순간적으로 점등한다.

 

 

 

<그림> 점등관(스타터)식 형광등

점등관(點燈管) Glow Starter

 

점등관(glow starter)은 글로우 방에 의해 동작하는 열동형 접점을 내장한 전자관으로 예열 시동형의 열음극 형광 램프를 시동하기 위해 사용된다. 점등관 또는 글로우 스타터(starter)라고도 한다. 먼저 스위치를 넣으면 글로우 방전이 시작되고 예열(豫熱)에 의해서 가동 전극이 늘어나 고정 전극에 접촉하여 필라멘트에 전류가 흐르는데, 동시에 방전이 멈추어서 가동 전극이 떨어지고, 그 순간에 안정기에 의해 고전압이 발생하여 방전을 개시한다.

다시 말해서 전극에 필요한 예열을 주고, 이것과 안정기와의 조합으로 서지전압을 만들어, 형광램프를 시동하는 장치를 “점등관”이라 한다.

점등회로(點燈回路)

 

백열전구는 접속하는 전원의 전압이 적절하면 전원과 직접 접속함으로서 쉽게 점등되고 안정된 상태에서 점등을 지속할 수 있지만 이에 반해 형광램프나 HID램프와 같은 방전램프는 전원과 직접접속해도 점등되지 않거나 일단 점등되어도 곧 점등이 해제되어 버린다. 그 이유의 하나는 백열전구가 그 구조상 전원의 양극이 필라멘트로서 작용하는 금속도체에 의해 전기적으로 접속되어 전로가 이미 형성되어 있는데 반해 방전램프는 양전극간의 절연거리를 형성하는 구조로 되어있어 사실상 전로가 개방되어 있는 상태이기 때문이다. 이와 같은 방전램프에 전류를 통하기 위해서는 램프에 전등 전압 이상의 전계를 가하거나 기타 램프내의 기체 또는 금속증기에 방전을 일으켜서 정상적으로 점등되도록 하여야 하는데 이러한 회로를 “점등회로”라고 한다.

안정기(安定器) Ballast

 

전원과 방전 램프 사이에 있어 주로 램프전류를 규정치 내로 제한하는 작용을 하는 장치를 말한다. 전원전압을 승압하거나 역률개선을 하는 경우가 있다. 시동장치(스타터, 이그나이터의 총칭)와 함께 사용해 방전램프의 시동에 필요한 상태를 부여하는 경우도 있다.

역률보정형 수은등안정기 Power-Factor-Corrected Mercury- Lamp Ballast

 

콘덴서 등으로 역률 보정을 한 안정기를 말한다. 정격전압을 가하고, 적당한 부하(기준램프)를 연결하여 동작시켰을때 안정기 입력단의 입력 전력은 일정한 한도 이하가 되어야 한다. 안정기의 최저역률을 명시하지 않으면 안된다.

전자식 안정기(電子式 安定器) Electronic Ballast

 

전자식 안정기는 방전램프를 시동, 점등하기 위한 안정소자를 포함하고 반도체 소자를 이용한 교류-교류(일반적으로 상용주파-고주파) 변환기로 이루어지는 안정기, 정확하게는 전자회로식 안정기이다.

저압수은램프(低壓水銀燈) Low Pressure Mercury

 

점등시 수은 증기압이 100[Pa] 이하인 수은증기 중의 방전에 의한 발광을 이용하는 방전램프를 말한다. 유리관의 내벽에 형광체를 도포한 형광램프나 253.7[nm]의 자외선을 많이 방사하는 살균램프가 여기에 포함된다.

고압수은램프(高壓水銀燈) High Pressure Mercury

 

고압수은램프는 수은증기압(1기압 정도의 고압)의 방전에 의한 발광을 이용한 것이다. 효율이 좋고, 강한 빛을 발산하므로 비교적 넓은 옥외 경기장, 광장 등에 쓰이고 있다. 외구 내면에 형광물질을 발라서 연색성을 개선한 것이 형광수은램프이며, 도로, 공장, 옥내․외 경기장 등 일반조명용으로 보급되고 있다.

 

수은증기압은 상온에서는10^-3Torr로 낮지만, 아크 열로 400℃ 정도가 되면 수은증기압은 1기압으로 된다. 발광관은 투명 석영관 양단에 한쌍의 전극과 보조전극을 부착하고, 그 속에는 수은과 아르곤가스가 봉입(封入)되어 있다. 외관내 표면에 형광체를 칠하고, 질소가스가 봉입되어 있다. 일반조명용으로는 투명형, 형광형, 반사형 및 안정기 내장형 등이 있다.

 

투명형은 외관이 투명하기 때문에 광색은 수은 발광만의 청백색 광이다. 형광형은 외관 유리구의 내면에 형광체를 도포한 고압수은 램프를 말한다. 고압수은 램프의 발광은 파란 빛으로 적색광이 적고, 발광관에서 방사하는 자외선(주파장 620[nm])을 형광체에 의해 적색광(주파장 620[nm])으로 변환해 광색․연색성을 개선하고 있다. 형광체로 희토류 형광체[유로피움이 있는 활바나 인산 이트륨(VYPO4:Eu)]등을 사용하는 것에 따라 투명 수은램프보다 효율은 약 10[％]향상된다. 평균 연색 평가수 Ra는 40～45가 되어 연색성, 광색이 모두 개선된다. 청록색 영역의 형광체나 심적색 발광의 형광체를 추가해 Ra를 50정도로 개선할 수 있다.

 

형광(고압) 수은램프는 효율이 낮지만 고출력, 긴 수명, 따뜻한 광색(색온도 3800～44200[K]), 다양한 품종이 특징이다. 따라서 도로, 공장, 공공시설, 공원등의 옥외조명, 높은 천정 옥내조명에 폭넓게 사용되고 있다. 반사형은 외관의 일부에 알루미나를 도포시켜 만들어진 반사경이 빛에 방향성을 갖도록 한다. 안정기 내장형은 필라멘트 안정기와 자가 백열광에 의해 효율은 저하되지만 광색, 연색성이 개선된 램프이다. 이것은 안정기가 필요 없기 때문에 전구와 같이 사용할 수 있다. 시동시간이 8분 정도인데 재시동시간은 더욱 길다. 효율은 30～35[lm], 연색평가수 Ra는 투명형 25, 형광형 45로서 질이 낮다.