ES2416580B2

ES2416580B2 - Power control device for an incandescent lamp and its use for the manufacture of a high efficiency incandescent lamp

Info

Publication number: ES2416580B2
Application number: ES201132109A
Authority: ES
Inventors: Juan JIMÉNEZ TRILLO; Diego ANDINA DE LA FUENTE; Ana María TARQUIS ALFONSO; Ángel Luis ÁLVAREZ CASTILLO; Mª Del Carmen COYA PARRAGA
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid; Universidad Rey Juan Carlos
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid; Universidad Rey Juan Carlos
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: WO2013098430A1; ES2416580A1

Abstract

Lámpara incandescente de alta eficiencia, procedimiento de fabricación y dispositivo de control de potencia para la misma. La lámpara comprende un dispositivo de control de potencia (1) en serie con el filamento (2) de la lámpara. El dispositivo de control de potencia (1) dispone de una impedancia Z{sub,G} con un comportamiento combinado sustancialmente inductivo y/o capacitivo para reducir la potencia instantánea recibida por el filamento (2) durante la operación de encendido de la lámpara y controlar la potencia recibida por el filamento (2) durante su funcionamiento para aumentar su temperatura y mejorar la eficiencia. El valor de la impedancia Z{sub,G} del dispositivo de control de potencia (1) está determinado en función del valor de resistencia eléctrica R{sub,L} del filamento (2) en caliente de la lámpara, y preferiblemente el módulo de dicha impedancia Z{sub,G} es sustancialmente idéntico al valor de resistencia R{sub,L} del filamento (2) en caliente de la lámpara.High efficiency incandescent lamp, manufacturing procedure and power control device for it. The lamp comprises a power control device (1) in series with the filament (2) of the lamp. The power control device (1) has an impedance Z {sub, G} with a combined behavior that is substantially inductive and / or capacitive to reduce the instantaneous power received by the filament (2) during the lighting operation of the lamp and control the power received by the filament (2) during operation to increase its temperature and improve efficiency. The value of the impedance Z {sub, G} of the power control device (1) is determined based on the electrical resistance value R {sub, L} of the hot filament (2) of the lamp, and preferably the module of said impedance Z {sub, G} is substantially identical to the resistance value R {sub, L} of the hot filament (2) of the lamp.

Description

Power control device for an incandescent lamp and its use for the manufacture of a high efficiency incandescent lamp

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención se engloba dentro del campo de los dispositivos de iluminación, y más en concreto, en el ámbito de las lámparas incandescentes de alta eficiencia y bajo consumo. The present invention falls within the field of lighting devices, and more specifically, in the field of incandescent lamps of high efficiency and low consumption.

Antecedentes de la invención Background of the invention

La presente invención surge de la necesidad aumentar la eficiencia de las lámparas incandescentes actuales así como también prologar su tiempo de vida. Una lámpara incandescente es un dispositivo emisor de luz basado en que al paso de una corriente eléctrica por un filamento de tungsteno se pone incandescente por efecto Joule. La emisión de luz es debida a la propiedad de emisión electromagnética de un cuerpo negro, cuya potencia va en función de su temperatura, ley de Stefan-Boltzmann, según la ecuación (1) (potencia radiada por un cuerpo negro). The present invention arises from the need to increase the efficiency of current incandescent lamps as well as to prolong their life time. An incandescent lamp is a light emitting device based on the passage of an electric current through a tungsten filament becomes incandescent by Joule effect. The emission of light is due to the electromagnetic emission property of a black body, whose power is a function of its temperature, Stefan-Boltzmann law, according to equation (1) (power radiated by a black body).

W=σ ·T4 (Wm2) (1) Siendo: W = σ · T4 (Wm2) (1) Being:

W la potencia radiada por unidad de superficie. W the radiated power per unit area.

σ constante de proporcionalidad característica de cada material. Para el caso del filamento de tungsteno σ =5.670·10-8 (Wm-2K-4). σ characteristic proportionality constant of each material. In the case of tungsten filament σ = 5.670 · 10-8 (Wm-2K-4).

T la temperatura del filamento. T the filament temperature.

La potencia luminosa emitida por un cuerpo negro no se reparte uniformemente en todas las longitudes de onda sino que sigue una curva en función de la longitud de onda, según la ecuación (2) -factor de emisión de luz dependiente de la longitud de onda-, y ecuación (3) -emisión de luz en una banda de longitudes de onda-. The light output emitted by a black body is not evenly distributed over all wavelengths but rather follows a curve depending on the wavelength, according to equation (2) - light emission factor depending on the wavelength- , and equation (3) - light emission in a band of wavelengths.

15 bx 3 hc 15 bx 3 hc

F = dx donde x =F = dx where x =

∫ x∫ x

π 4 ae −1 λKT (2) π 4 ae −1 λKT (2)

E =[F (b) − F (a)]σT w/m2 (3) E = [F (b) - F (a)] σT w / m2 (3)

El tungsteno es el elemento químico de mayor punto de fusión, 3695ºK, y un punto de ebullición de 5828ºK, tan solo es superado por el grafito, pero que tiene un punto de ebullición más bajo. Tungsten is the chemical element with the highest melting point, 3695ºK, and a boiling point of 5828ºK, it is only surpassed by graphite, but it has a lower boiling point.

Para la temperatura con la que pueden operar con relativa seguridad las lámparas actuales de 2400oK, la distribución de potencia radiada en la banda de luz visible apenas llega al 5%. For the temperature at which the current 2400oK lamps can operate with relative safety, the distribution of radiated power in the visible light band barely reaches 5%.

La zona visible está comprendida normalmente entre la longitud de onda The visible area is normally between the wavelength

5 A=380nm y A=700nm. Sin embargo, el ojo humano tiene su propia curva de percepción que hace que la eficiencia aún sea menor. La ecuación (4) representa el flujo luminoso percibido por el ojo humano. 5 A = 380nm and A = 700nm. However, the human eye has its own perception curve that makes the efficiency even lower. Equation (4) represents the luminous flux perceived by the human eye.

F =683,002f<pCA}! CA )dA Lúmenes (4) F = 683,002f <pCA}! CA) dA Lumens (4)

" "

Donde <pCA) es el flujo luminoso y v CA) la curva de sensibilidad del ojo humano. Where <pCA) is the luminous flux and v AC) the sensitivity curve of the human eye.

La emisión de luz percibida por el ojo de un filamento incandescente a 24000 K The emission of light perceived by the eye of an incandescent filament at 24000 K

10 es de 6,7Im/w, valor muy pequeño frente los 683 lumen por vatio que podrían alcanzar. Apenas un 1 % de la potencia consumida es apreciada como luz por el ojo humano, el resto de potencia se convierte en pérdidas; aproximadamente por emisión en el infrarrojo un 75%, por emisión en la banda ultravioleta un 2%, por pérdidas de calor por conducción o convección 21 % y un 2% por opacidad del vidrio o geometría, 10 is 6.7Im / w, very small value compared to 683 lumen per watt that could be reached. Barely 1% of the power consumed is appreciated as light by the human eye, the rest of the power is converted into losses; approximately 75% by infrared emission, 2% by ultraviolet emission by 21% conduction or convection heat losses and 2% by glass opacity or geometry,

15 dependiendo de la lámpara y su forma. Ello implica que una lámpara incandescente como fuente emisora de luz es poco competitiva frente a otras fuentes como la luz LEO o la luz fluorescente que tienen rendimientos cercanos a 60Im/w. Incluso hay otras fuentes lumínicas de mayores eficiencias, como las lámparas de descarga que consiguen 120Im/w. Esto ha 15 depending on the lamp and its shape. This implies that an incandescent lamp as a light emitting source is not very competitive compared to other sources such as LEO light or fluorescent light that have yields close to 60Im / w. There are even other light sources of greater efficiencies, such as discharge lamps that achieve 120Im / w. This has

20 llevado a la Unión Europea a emitir una directiva para que a partir del 1 de septiembre de 2009 no se puedan fabricar y distribuir lámparas incandescentes superiores a 1OOW y progresivamente en Noviembre de 2011 se eliminarán las de 60W. 20 led the European Union to issue a directive so that as of September 1, 2009, incandescent lamps greater than 1OOW cannot be manufactured and distributed and progressively in November 2011, those of 60W will be eliminated.

No obstante, las lámparas incandescentes por su bajo coste de fabricación, por su versatilidad de potencias, de tamaños y formas y sobre todo también por su emisión 25 de luz continua en todo el espectro, son todavía necesarias para muchas aplicaciones, However, incandescent lamps for their low manufacturing cost, for their versatility of powers, sizes and shapes and especially also for their continuous light emission throughout the spectrum, are still necessary for many applications,

y serían más necesarias si se mejorara su eficiencia. and would be more necessary if its efficiency were improved.

Para aumentar la eficiencia hay que subir la temperatura del filamento, pero esto disminuye rápidamente su tiempo de vida y también el número de maniobras posibles de encendido y apagado, debido a que el filamento se va evaporando más To increase efficiency, the temperature of the filament must be increased, but this rapidly decreases its life time and also the number of possible switching on and off operations, because the filament evaporates more

30 rápidamente con la alta temperatura y termina pronto por romperse. No obstante, estas lámparas son empleadas en iluminación de teatros o en cinematografía donde se necesita de una fuente de luz con mucho brillo. 30 quickly with the high temperature and ends soon by breaking. However, these lamps are used in theater lighting or cinematography where a bright light source is needed.

Las lámparas están formadas por una ampolla de vidrio que contiene el filamento de tungsteno, su interior se rellena con un gas inerte, como argón u otros, para minimizar la evaporación del filamento. Una manera de aumentar el rendimiento es hacerle el vacío para evitar las pérdidas de conducción y de convección, pero esto es a costa de reducir el tiempo de vida. La temperatura que puede soportar el filamento depende de su grosor y longitud, pudiendo variar entre los 24000 K para lámparas con potencias inferiores a 20w y los 26000 K para lámparas superiores a 60w. The lamps are formed by a glass ampoule that contains the tungsten filament, its interior is filled with an inert gas, such as argon or others, to minimize evaporation of the filament. One way to increase performance is to empty it to avoid conduction and convection losses, but this is at the cost of reducing the life time. The temperature that the filament can withstand depends on its thickness and length, and can vary between 24,000 K for lamps with powers below 20w and 26,000 K for lamps greater than 60w.

Cuando el filamento se evapora, el vapor metálico se deposita sobre la ampolla de vidrio y la va oscureciendo progresivamente, disminuyendo así su transparencia y reduciendo la emisión de luz. Una solución a este problema consiste en introducir dentro de la ampolla de vidrio en contacto con el filamento un gas halógeno como el yodo que es capaz de recuperar el tungsteno evaporado, mediante una reacción química que oxida el metal evaporado y lo reduce nuevamente sobre el filamento incandescente. Estas lámparas son las lámparas halógenas que, mediante este procedimiento, pueden aumentar la temperatura del filamento hasta los 2884°K, doblando así su eficiencia que la sitúan entre 16 y 25Im/w. Al mismo tiempo triplican el tiempo de vida hasta las 3000 horas, consiguiendo una menor degradación de la luz emitida. When the filament evaporates, the metallic vapor is deposited on the glass ampoule and progressively darkens it, thus reducing its transparency and reducing the emission of light. A solution to this problem consists in introducing into the glass ampoule in contact with the filament a halogen gas such as iodine that is capable of recovering the evaporated tungsten, by means of a chemical reaction that oxidizes the evaporated metal and reduces it again on the filament incandescent. These lamps are the halogen lamps that, by this procedure, can increase the temperature of the filament to 2884 ° K, thus doubling their efficiency that places it between 16 and 25Im / w. At the same time they triple the life time up to 3000 hours, getting a lower degradation of the emitted light.

Para que una lámpara halógena funcione correctamente necesita de un filamento con un mayor diámetro que el de las lámparas de incandescencia corrientes, por ello las lámparas halógenas iniciales operaban a bajo voltaje, 12V. Para tener lámparas halógenas conectadas a la red de 230V se necesita el uso de transformadores, que son caros, pesados, voluminosos, consumen energía por su calentamiento y a menudo hacen un ruido en forma de zumbido de 50Hz. For a halogen lamp to work properly, it needs a filament with a larger diameter than that of ordinary incandescent lamps, so the initial halogen lamps operated at low voltage, 12V. To have halogen lamps connected to the 230V network, the use of transformers is needed, which are expensive, heavy, bulky, consume energy due to their heating and often make a 50Hz humming noise.

Actualmente se fabrican también lámparas halógenas que operan conectadas directamente a la red de 230V en alterna, pero como el filamento debe ser más fino para aumentar su resistencia eléctrica, su tiempo de vida disminuye a 2000 horas y su eficiencia decae hasta un rango entre 14 y 20Im/w, son sólo un 30% más eficientes que las ordinarias en el mejor de los supuestos. Currently halogen lamps are also manufactured that operate directly connected to the 230V AC network, but since the filament must be thinner to increase its electrical resistance, its life time decreases to 2000 hours and its efficiency drops to a range between 14 and 20Im / w, are only 30% more efficient than ordinary ones in the best case.

En el proceso de óxido-reducción que se produce en las bombillas halógenas se transporta calor desde el filamento por una reacción química de reducción hasta el cristal de la ampolla que lo contiene donde se realiza la oxidación del tungsteno. Esto tiene dos consecuencias negativas. La primera es que se calienta mucho la ampolla, la temperatura sube por encima de 1000 grados y no puede ser de vidrio sino de cristal de cuarzo que tiene un punto de fusión mayor. La segunda es que se aumentan las perdidas por conducción y convección del calor que se genera en la ampolla de cuarzo. In the oxide-reduction process that occurs in halogen bulbs, heat is transported from the filament by a chemical reduction reaction to the glass of the vial that contains it where the tungsten oxidation is performed. This has two negative consequences. The first is that the blister is very hot, the temperature rises above 1000 degrees and can not be glass but quartz crystal that has a higher melting point. The second is that the losses due to conduction and convection of the heat generated in the quartz ampoule are increased.

La compañía Philips ha fabricado unos dispositivos electrónicos que permiten reducir la tensión eléctrica de 230V AC a 6V AC, ocupan poco volumen, son muy ligeros y de bajo coste. Estos transformadores pueden quedar integrados en un casquillo de bombilla corriente E-27 o E-19 y así poder sustituir el filamento de la lámpara por otro más corto y grueso dentro de una pequeña ampolla de cuarzo en forma de bulbo, que es una lámpara halógena de bajo voltaje. Estas nuevas lámparas halógenas son intercambiables completamente con las lámparas tradicionales incandescentes, permitiendo incluso que su luz pueda ser modulada con los sistemas utilizados para las tradicionales lámparas a las que sustituyen. Esta nueva lámpara consigue duplicar la eficiencia de su equivalente en potencia entregando 20Im/w. El problema que no ha podido resolver Philips es cómo fabricar transformadores que superen los 30W de potencia para incluirlos dentro del casquillo E-27 o los 20W para los casquillos E-19. Por tanto sus lámparas no consiguen llegar a entregar la luz de una bombilla corriente de 75W o 100W. El dispositivo de Philips no tiene suficiente estabilidad de funcionamiento y en ocasiones las lámparas presentan un acusado parpadeo. The Philips company has manufactured electronic devices that reduce the electrical voltage from 230V AC to 6V AC, take up little volume, are very light and low cost. These transformers can be integrated into an E-27 or E-19 current bulb socket and thus be able to replace the lamp filament with a shorter and thicker filament inside a small bulb-shaped quartz bulb, which is a halogen lamp Low voltage These new halogen lamps are completely interchangeable with traditional incandescent lamps, even allowing their light to be modulated with the systems used for the traditional lamps they replace. This new lamp manages to double the efficiency of its equivalent in power delivering 20Im / w. The problem that Philips has not been able to solve is how to manufacture transformers that exceed 30W of power to include them inside the E-27 socket or 20W for the E-19 sockets. Therefore their lamps fail to deliver the light of a 75W or 100W current bulb. The Philips device does not have sufficient operating stability and sometimes the lamps show a sharp flicker.

Para minimizar las pérdidas de emisión en la banda ultravioleta, en algunos modelos de bombillas Philips ha bañado la ampolla de vidrio exterior de la lámpara con una sustancia fluorescente, para transformar la luz ultravioleta emitida en luz visible. Sin embargo en la transformación se libera calor que queda retenido en la bombilla y desgraciadamente el transformador electrónico no soporta el incremento de temperatura y se destruye, por lo que Philips ha tenido que retirar estas lámparas del mercado. La gama de ampolla transparente que aún sigue comercializando durante los ensayos realizados en diferentes situaciones, cuando la lámpara funciona de forma continuada, la alta temperatura acumulada hace que el transformador se queme en menos de 40 horas de funcionamiento. Sin embargo siguen siendo una buena opción para pequeños tiempos de encendido, como suele ser el caso general de uso. To minimize the emission losses in the ultraviolet band, in some models of Philips bulbs, the outer glass bulb of the lamp has been bathed with a fluorescent substance, to transform the emitted ultraviolet light into visible light. However, in the transformation heat is released that is retained in the bulb and unfortunately the electronic transformer does not support the increase in temperature and is destroyed, so Philips has had to remove these lamps from the market. The transparent blister range that is still commercialized during tests carried out in different situations, when the lamp operates continuously, the high accumulated temperature causes the transformer to burn in less than 40 hours of operation. However, they are still a good option for small ignition times, as is usually the case in general.

La presente invención propone resolver los anteriores problemas de baja eficiencia y reducido tiempo de vida de las lámparas incandescentes y los problemas de temperatura y estabilidad de las lámparas ECO de Philips. A propio tiempo por su gran eficiencia se convierte en un producto sustitutivo de lámparas fluorescentes compactas y de LEO The present invention proposes to solve the above problems of low efficiency and reduced life time of incandescent lamps and the problems of temperature and stability of Philips ECO lamps. At the same time, due to its high efficiency, it becomes a substitute for compact fluorescent lamps and LEO

Descripción de la invención Description of the invention

El nuevo dispositivo objeto de la invención es una lámpara incandescente de alta eficiencia, un procedimiento de fabricación de la misma y un dispositivo de control de potencia para la lámpara, el cual es un dispositivo de bajo coste integrable en los casquillos de las lámparas estándar E-27 y E-19 Y que supera ampliamente los problemas y limitaciones de los dispositivos actuales enunciados anteriormente. Este dispositivo aumenta la eficiencia luminosa de las lámparas estándar (la cual ronda los 10Im/w) en un 100%, prolonga la duración del filamento de 1000 a 3000 horas, y el número de maniobras que se pueden realizar es decenas de veces superior a las lámparas corrientes. Se trata de un dispositivo de bajo coste que supera el límite de 30W de Philips, reduciendo al mismo tiempo considerablemente su complejidad y coste de fabricación, ganando en robustez y seguridad de funcionamiento. The new device object of the invention is a high efficiency incandescent lamp, a manufacturing method thereof and a power control device for the lamp, which is a low cost device that can be integrated into the standard E lamp caps. -27 and E-19 And that greatly overcomes the problems and limitations of the current devices listed above. This device increases the luminous efficiency of standard lamps (which is around 10Im / w) by 100%, prolongs the filament duration from 1000 to 3000 hours, and the number of maneuvers that can be performed is tens of times greater than the running lamps. It is a low cost device that exceeds the 30W limit of Philips, while reducing considerably its complexity and manufacturing cost, gaining in robustness and operational safety.

La lámpara fabricada a partir de este dispositivo es 100% compatible con su homóloga incandescente para cada una de las potencias estándares, 25, 40, 60, 75 Y 100W, pero con una eficiencia luminosa del doble, y con el triple de duración. Es particularmente resistente a las maniobras de encendido y apagado. Su luz es prácticamente constante durante la vida del dispositivo y cuando envejece en lugar de fundirse reduce sensiblemente su luz para que pueda dar tiempo a ser remplazada, pero quedando totalmente operativa con menor brillo. The lamp manufactured from this device is 100% compatible with its incandescent counterpart for each of the standard powers, 25, 40, 60, 75 and 100W, but with a luminous efficiency of double, and triple the duration. It is particularly resistant to switching on and off. Its light is practically constant during the life of the device and when it ages instead of melting it significantly reduces its light so that it can allow time to be replaced, but remaining fully operational with less brightness.

La lámpara incandescente de alta eficiencia comprende un dispositivo de control de potencia en serie con el filamento de la lámpara, disponiendo dicho dispositivo de control de potencia de una impedancia ZG con un comportamiento combinado sustancialmente inductivo y/o capacitivo para reducir la potencia instantánea recibida por el filamento durante la operación de encendido de la lámpara y controlar la potencia recibida por el filamento durante su funcionamiento. The high efficiency incandescent lamp comprises a power control device in series with the lamp filament, said power control device having an impedance ZG with a combined inductive and / or capacitive behavior to reduce the instantaneous power received by the filament during the lamp lighting operation and control the power received by the filament during operation.

En una realización preferente el valor de la impedancia ZG del dispositivo de control de potencia está adaptado en función del valor de resistencia eléctrica RL del filamento en caliente de la lámpara. In a preferred embodiment, the value of the impedance ZG of the power control device is adapted as a function of the electrical resistance value RL of the hot filament of the lamp.

La impedancia ZG del dispositivo de control de potencia (1) es preferentemente tal que el valor de su módulo es sustancialmente idéntico al valor de resistencia RL del filamento en caliente de la lámpara. Con ello se consigue una eficacia máxima. The impedance ZG of the power control device (1) is preferably such that the value of its module is substantially identical to the resistance value RL of the hot filament of the lamp. This achieves maximum efficiency.

El dispositivo de control de potencia puede comprender al menos un dispositivo formado por placas conductoras paralelas separadas por un dieléctrico y enrolladas, donde los contactos eléctricos están en lados opuestos de las placas. The power control device may comprise at least one device formed by parallel conductive plates separated by a dielectric and wound, where the electrical contacts are on opposite sides of the plates.

El dispositivo de control de potencia puede comprender dos láminas metálicas paralelas separadas por un aislante, en el que los contactos eléctricos están en los extremos opuestos de las láminas para provocar un efecto inductivo. The power control device may comprise two parallel metal sheets separated by an insulator, in which the electrical contacts are at opposite ends of the sheets to cause an inductive effect.

El dispositivo de control de potencia puede comprender un condensador de placas enrollables formando una autoinducción, de forma que el efecto capacitivo se contrarresta con el inductivo para disminuir la impedancia del conjunto. The power control device may comprise a roller plate capacitor forming a self-induction, so that the capacitive effect is counteracted with the inductive to decrease the impedance of the assembly.

La lámpara es preferentemente halógena. El filamento tiene preferentemente el mismo grosor que el filamento de una lámpara incandescente convencional de igual potencia, pero menor longitud. The lamp is preferably halogen. The filament preferably has the same thickness as the filament of a conventional incandescent lamp of equal power, but shorter in length.

Es objeto también de la presente invención un procedimiento de fabricación de una lámpara incandescente de alta eficiencia, de una potencia P determinada. El procedimiento comprende incorporar un dispositivo de control de potencia en serie con el filamento de la lámpara del mismo grosor que una lámpara incandescente convencional de igual potencia P pero menor longitud, disponiendo dicho dispositivo de control de potencia de una impedancia ZG con un comportamiento combinado sustancialmente inductivo y/o capacitivo para reducir la potencia instantánea recibida por el filamento durante la operación de encendido de la lámpara y regular la potencia recibida por el filamento durante su funcionamiento. The object of the present invention is also a method of manufacturing a high efficiency incandescent lamp of a determined power P. The method comprises incorporating a power control device in series with the lamp filament of the same thickness as a conventional incandescent lamp of equal power P but shorter length, said power control device having an impedance ZG with a substantially combined behavior inductive and / or capacitive to reduce the instantaneous power received by the filament during the operation of lighting the lamp and regulate the power received by the filament during its operation.

Otro aspecto de la presente invención es el propio dispositivo de control de potencia para la mejora de eficiencia en lámparas incandescentes, que está configurado para su instalación en serie con el filamento de una lámpara incandescente. El dispositivo de control de potencia dispone de una impedancia ZG con un comportamiento combinado sustancialmente inductivo y/o capacitivo para reducir la potencia instantánea recibida por el filamento durante la operación de encendido de la lámpara y regular la potencia recibida por el filamento durante su funcionamiento. Another aspect of the present invention is the power control device itself for efficiency improvement in incandescent lamps, which is configured for serial installation with the filament of an incandescent lamp. The power control device has a ZG impedance with a combined substantially inductive and / or capacitive behavior to reduce the instantaneous power received by the filament during the lamp lighting operation and regulate the power received by the filament during operation.

El valor de la impedancia ZG del dispositivo de control de potencia está preferentemente determinado en función del valor de resistencia eléctrica RL del filamento en caliente de la lámpara a la va destinada su instalación. The value of the impedance ZG of the power control device is preferably determined as a function of the electrical resistance value RL of the hot filament of the lamp to which its installation is intended.

La impedancia ZG del dispositivo de control de potencia es preferentemente tal que el valor de su módulo es sustancialmente idéntico al valor de resistencia RL del filamento en caliente de la lámpara a la que va destinada su instalación. The impedance ZG of the power control device is preferably such that the value of its module is substantially identical to the resistance value RL of the hot filament of the lamp to which its installation is intended.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.

La Figura 1 muestra el espectro de radiación lumínica de un cuerpo negro a una temperatura de 2400ºK. La franja sombreada refleja la región de luz visible. Figure 1 shows the spectrum of light radiation of a black body at a temperature of 2400ºK. The shaded strip reflects the region of visible light.

La Figura 2 muestra la curva de percepción de la luz visible por el ojo humano. Figure 2 shows the light perception curve visible by the human eye.

La Figura 3 muestra la distribución de la potencia radiada por un filamento de tungsteno a la temperatura de 2884ºK. La franja sombreada refleja la región de luz visible. Figure 3 shows the distribution of the power radiated by a tungsten filament at the temperature of 2884ºK. The shaded strip reflects the region of visible light.

Las Figuras 4A y 4B muestran, respectivamente, una gráfica de la potencia instantánea aplicada al filamento de una lámpara incandescente y de la evolución de la temperatura del filamento durante el encendido. Figures 4A and 4B show, respectively, a graph of the instantaneous power applied to the filament of an incandescent lamp and of the evolution of the filament temperature during ignition.

La Figura 5 muestra un esquema de funcionamiento de la lámpara incandescente con el dispositivo de control de potencia instalado. Figure 5 shows a scheme of operation of the incandescent lamp with the power control device installed.

Las Figuras 6a y 6b representan, respectivamente y a modo de ejemplo, una lámpara sin control de potencia y el esquema de configuración del dispositivo de control de potencia para establecer una potencia controlada en una lámpara de 60W. Figures 6a and 6b represent, respectively and by way of example, a lamp without power control and the configuration scheme of the power control device for establishing a controlled power in a 60W lamp.

La Figura 7 representa la potencia que recibe el filamento de una bombilla de 60w, con y sin el dispositivo de control de potencia objeto de la invención, durante la maniobra de encendido. Figure 7 represents the power received by the filament of a 60w bulb, with and without the power control device object of the invention, during the ignition maneuver.

La Figura 8 muestra, para el caso de la Figura 7, un gráfico del retardo de tensión. Figure 8 shows, for the case of Figure 7, a graph of the voltage delay.

La Figura 9 muestra el retardo de encendido de una bombilla con y sin sistema de control de potencia. Figure 9 shows the ignition delay of a bulb with and without power control system.

La Figura 10 representa un esquema de la impedancia del dispositivo de control de potencia. Figure 10 represents a schematic of the impedance of the power control device.

La Figura 11 muestra un esquema del circuito equivalente del dispositivo de control de potencia. Figure 11 shows a schematic of the equivalent circuit of the power control device.

Las Figuras 12A y 12B representan esquemáticamente para un condensador convencional y para el dispositivo Le de la invención, respectivamente, el recorrido de las cargas eléctricas. Figures 12A and 12B represent schematically for a conventional capacitor and for the device Le of the invention, respectively, the path of the electric charges.

La Figura 13 muestra el esquema físico del dispositivo de control de potencia. Figure 13 shows the physical scheme of the power control device.

La Figura 14 representa el retardo de encendido para distintas situaciones. Figure 14 represents the ignition delay for different situations.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

Para las lámparas actuales de 24000 K la distribución de potencia radiada en la banda de luz visible apenas llega al 5%. La Figura 1 muestra el espectro de radiación lumínica de un cuerpo negro a una temperatura de 2400oK, en la que tan sólo un 3% de esa luz está emitida en la zona visible (zona sombreada). For current 24,000 K lamps, the distribution of radiated power in the visible light band barely reaches 5%. Figure 1 shows the spectrum of light radiation of a black body at a temperature of 2400oK, in which only 3% of that light is emitted in the visible area (shaded area).

En la Figura 3 se muestra la distribución de la potencia radiada por un filamento de tungsteno a la temperatura de 2884°K, donde la emisión en la banda visible, zona sombreada, corresponde a un 10,8% del total. Figure 3 shows the distribution of the power radiated by a tungsten filament at the temperature of 2884 ° K, where the emission in the visible band, shaded area, corresponds to 10.8% of the total.

La innovación del dispositivo de la presente invención proviene de estudiar con detalle el mecanismo de destrucción por temperatura del filamento de una lámpara incandescente que impide aumentar su eficiencia. Para conseguir mayor eficiencia se necesita subir la temperatura del filamento, pero la temperatura máxima que puede soportar un filamento por debajo de su punto de fusión sin destruirse en poco tiempo depende de la robustez del filamento. Pero para tensiones de red de 230V en las lámparas de pequeña potencia su filamento será largo y delgado para poder aumentar su resistencia eléctrica, entonces se observa que a menudo el más leve deterioro o imperfección del filamento de una bombilla hace que durante la maniobra de encendido la potencia se concentre sobre él y volatiza el metal. The innovation of the device of the present invention comes from studying in detail the mechanism of temperature destruction of the filament of an incandescent lamp that prevents its efficiency from being increased. To achieve greater efficiency, the temperature of the filament needs to be raised, but the maximum temperature that a filament can withstand below its melting point without being destroyed in a short time depends on the robustness of the filament. But for 230V mains voltages in small power lamps its filament will be long and thin to be able to increase its electrical resistance, then it is observed that often the slightest deterioration or imperfection of the filament of a bulb causes that during the ignition maneuver the power is concentrated on it and volatizes the metal.

Para una misma tensión cuanto más alta sea la potencia de la lámpara más robusto puede ser su filamento y por tanto soportará mayores temperaturas. Un filamento típico de tungsteno de una lámpara de 60W que opera a 230V en corriente alterna tiene una resistencia en caliente a la temperatura de 25500 K de 8820. La ecuación (5) muestra la resistencia ofrecida por el filamento de una lámpara incandescente en caliente. For the same voltage, the higher the power of the lamp, the more robust its filament can be and therefore it will withstand higher temperatures. A typical tungsten filament of a 60W lamp that operates at 230V in alternating current has a hot resistance at the temperature of 25500 K of 8820. Equation (5) shows the resistance offered by the filament of a hot incandescent lamp.

R=V2fW = 2302/60= 8820 (5) R = V2fW = 2302/60 = 8820 (5)

La resistencia del mismo filamento en frío, a 300oK, es 13.5 veces menor. La ecuación (6) muestra el crecimiento del valor de la resistencia con la temperatura y la ecuación (7) la resistencia ofrecida por el filamento de una lámpara incandescente a temperatura ambiente considerada a 25°C o 300oK. The resistance of the same cold filament, at 300oK, is 13.5 times lower. Equation (6) shows the growth in resistance value with temperature and equation (7) the resistance offered by the filament of an incandescent lamp at room temperature considered at 25 ° C or 300oK.

R=Ro(1 +o(T-To) I3(T-To)2) R = Ro (1 + or (T-To) I3 (T-To) 2)

(6) (6)

(7) En el caso del tungsteno 0=0,0045 y 13=3,9x10-7. (7) In the case of tungsten 0 = 0.0045 and 13 = 3.9x10-7.

Esta resistencia a temperatura ambiente (i.e. en frío) tan pequeña hace que durante el encendido la corriente instantánea sea 13,5 veces mayor de la nominal, soportando algunos puntos del filamento potencias instantáneas 180 veces mayores a las nominales. Por ello el filamento se calienta en apenas 120 milésimas de segundo, pero es tiempo suficiente para que se pueda destruir el filamento por exceso de potencia instantánea, ya que el calentamiento en el filamento no es uniforme y en algunas zonas la temperatura sube muy por encima de la temperatura nominal y cercana a la temperatura de fusión del tungsteno, por ello durante alguna maniobra el filamento puede que se funda y rompa por la parte más débil. En las Figuras 4A y 48 se muestran, respectivamente, una gráfica de la potencia instantánea aplicada al filamento de una lámpara incandescente y de la evolución de la temperatura del filamento (i.e. retardo de en el encendido). This resistance at room temperature (i.e. cold) so small that during instantaneous power the instantaneous current is 13.5 times greater than the nominal, with some points of the filament supporting instantaneous powers 180 times greater than the nominal. For this reason the filament heats up in just 120 thousandths of a second, but it is enough time for the filament to be destroyed due to instantaneous excess of power, since the heating in the filament is not uniform and in some areas the temperature rises well above of the nominal temperature and close to the melting temperature of tungsten, so during some maneuver the filament may melt and break through the weakest part. Figures 4A and 48 show, respectively, a graph of the instantaneous power applied to the filament of an incandescent lamp and of the evolution of the filament temperature (i.e. ignition delay).

Por esta razón las lámparas incandescentes corrientes suelen operar a una temperatura entre los 24000 K y 26000 K variando en función de la potencia, pero en cualquier caso, muy lejos de la temperatura de fusión del tungsteno a 3695°K. Por consecuencia se emite luz con una pobre eficiencia del 6.8%. Las lámparas halógenas mejoran significativamente el rendimiento de emisión en la zona visible llegando hasta el 10%, con luminosidades que pueden llegar hasta los 19,7Im/w. Para ello deben de subir la temperatura del filamento hasta los 2884°K. Esto sólo es posible si el filamento tiene cierta robustez, además de ser grueso, lo que disminuye mucho su resistencia eléctrica y entonces solo puede alimentarse con tensiones pequeñas en las lámparas de entre los 20W y los 100W. Las lámparas halógenas que utilizan tensiones directas a red deben de ser de potencias superiores a 100W o tienen que trabajar a menores temperaturas y menor eficiencia del orden de 15Im/w. For this reason, current incandescent lamps usually operate at a temperature between 24,000 K and 26,000 K, varying depending on the power, but in any case, very far from the melting temperature of tungsten at 3695 ° K. Consequently, light is emitted with a poor efficiency of 6.8%. Halogen lamps significantly improve the emission performance in the visible area reaching up to 10%, with luminosities that can reach up to 19.7Im / w. To do this they must raise the temperature of the filament to 2884 ° K. This is only possible if the filament has some robustness, in addition to being thick, which greatly decreases its electrical resistance and then can only be fed with small voltages in the lamps between 20W and 100W. Halogen lamps that use direct mains voltages must be of powers greater than 100W or have to work at lower temperatures and lower efficiency of the order of 15Im / w.

La presente invención propone diferentes dispositivos capaces de evitar que la potencia instantánea durante el encendido sea demasiado grande como para destruir el dispositivo. La mayoría de los dispositivos realizados con buenos resultados son circuitos electrónicos de potencia que permiten realizar un encendido y también un apagado suave de la luz, simulando la inercia de un filamento más robusto y de este modo reducir el riesgo de destrucción del filamento durante el encendido. Estos circuitos aumentan la potencia nominal de la lámpara y consiguen temperaturas de su filamento más altas, llegando holgadamente hasta los 29200 K y mejorando así la eficiencia hasta los 19.8Im/w. Incluso se ha conseguido operar con temperaturas de filamento de 3120oK, obteniendo eficiencias de 26.5Im/w. Durante la experimentación se han probado con éxito temperaturas de 3460oK, consiguiendo eficiencias de 40Im/w, que dobla la eficiencia de las halógenas actuales y cuadriplica la de las lámparas corrientes. No obstante con esta temperatura de filamento tan alta se nota un rápido ennegrecimiento del cristal. The present invention proposes different devices capable of preventing the instantaneous power during ignition from being too large to destroy the device. Most of the devices made with good results are power electronic circuits that allow a light to be turned on and off, simulating the inertia of a more robust filament and thus reducing the risk of filament destruction during ignition. . These circuits increase the nominal power of the lamp and achieve higher filament temperatures, comfortably reaching 29200 K and thus improving efficiency to 19.8Im / w. It has even been able to operate with filament temperatures of 3120oK, obtaining efficiencies of 26.5Im / w. During the experimentation, temperatures of 3460oK have been successfully tested, achieving efficiencies of 40Im / w, which doubles the efficiency of the current halogens and quadruples that of the current lamps. However, with this high filament temperature there is a rapid blackening of the crystal.

El reto del sistema de encendido tan eficiente es que sea sencillo, robusto, de bajo coste, de pequeño tamaño, con poco peso e integrable en las lámparas clásicas y compatible con los sistemas de encendido actuales. Para conseguir esto se ha diseñado un dispositivo que se interpone en serie entre la tensión de red y el filamento de la lámpara regulando el encendido, se comporta como un generador equivalente de Tevening de tensión Eg e impedancia ZG. Para que este generador de Tevening entregue la máxima potencia posible al filamento se necesita que su impedancia esté adaptada al valor de la resistencia eléctrica en caliente del filamento de la lámpara. Para que no haya pérdidas de potencia en el dispositivo de control de potencia 1 la impedancia tiene un comportamiento combinado puramente inductivo y capacitivo, no resistivo; por ello se puede denominar como dispositivo de control Le. En la Figura 5 se muestra un esquema del funcionamiento del sistema, un esquema de alimentación de la lámpara en el que ZG representa una impedancia sólo capacitiva e inductiva, no resistiva para que no haya pérdidas por efecto Joule. RL representa a la resistencia del filamento 2 de una lámpara incandescente, y Eg la fuente de tensión, normalmente la de red. The challenge of the efficient ignition system is that it be simple, robust, low cost, small in size, light weight and integrable in classic lamps and compatible with current ignition systems. To achieve this, a device has been designed that interposes in series between the mains voltage and the lamp filament regulating the ignition, it behaves like an equivalent Tevening generator of Eg voltage and ZG impedance. In order for this Tevening generator to deliver the maximum possible power to the filament, its impedance needs to be adapted to the value of the hot electrical resistance of the lamp filament. So that there is no power loss in the power control device 1 the impedance has a purely inductive and capacitive, non-resistive combined behavior; Therefore, it can be referred to as Le control device. A schematic of the operation of the system is shown in Figure 5, a lamp supply scheme in which ZG represents a capacitive and inductive impedance only, not resistive so that there are no losses due to Joule effect. RL represents the resistance of filament 2 of an incandescent lamp, and Eg the source of tension, usually the mains.

En el esquema de la Figura 5 la potencia que recibe RL se puede expresar por la ecuación (8), potencia disipada por una lámpara. La ecuación (9) representa la potencia disipada por una lámpara en serie con una impedancia. La ecuación (10) muestra la potencia disipada por una lámpara en serie con una impedancia combinada inductiva y capacitiva. In the scheme of Figure 5 the power RL receives can be expressed by equation (8), power dissipated by a lamp. Equation (9) represents the power dissipated by a lamp in series with an impedance. Equation (10) shows the power dissipated by a lamp in series with a combined inductive and capacitive impedance.

2 (8) 2 (8)

P = P =

I I

RL RL

EAND

gg

P = RL = P = RL =

1: g E 2

2: Z G + RL
2

RL (9)

one: g E 2

2: ZG + RL
2

RL (9)

Z Z

E 2 E 2

g g

EAND

g g

(10) (10)

P = R P = R

L = L =

22 21122 211

RL + ( wL − ) RL + (wL − )RL + (wL -) RL + (wL -)

wC RLwC wC RLwC

Para obtener el máximo de transmisión de potencia en función de RL se deriva la expresión anterior y se iguala a cero, tal y como se muestra en la ecuación (11), condición de máxima potencia entregada a un filamento 2. La ecuación (12) muestra la adaptación de resistencia eléctrica del filamento 2 a una impedancia LC. To obtain the maximum power transmission as a function of RL, the above expression is derived and equals zero, as shown in equation (11), the maximum power condition delivered to a filament 2. Equation (12) shows the adaptation of electrical resistance of filament 2 to an impedance LC.

d 11 (11) d 11 (11)

(RL + (wL − )2) = 0 dRL RL wC (RL + (wL -) 2) = 0 dRL RL wC

(12) (12)

112 212112 212

1 − 2(wL − ) = 0 ⇒ R= (wL − ) ⇒ R = ZG RLwC LwC L 1 - 2 (wL -) = 0 ⇒ R = (wL -) ⇒ R = ZG RLwC LwC L

5 Para que haya adaptación de impedancias y por tanto máxima transmisión de potencia, con la potencia bajo control, el valor de resistencia RL del filamento 2 en caliente de la lámpara debe ser igual al módulo de la impedancia del dispositivo de control de potencia 1. Es importante reseñar que aunque no se cumpliera tal condición la lámpara así modificada con el dispositivo de control podría seguir funcionando, si 5 For impedance matching and therefore maximum power transmission, with the power under control, the resistance value RL of the hot filament 2 of the lamp must be equal to the impedance module of the power control device 1. It is important to note that even if this condition was not met, the lamp so modified with the control device could continue to function, if

10 bien no con tanta eficiencia. Cuanto más cercana sea la relación entre RL = ZG , más 10 Well, not so efficiently. The closer the relationship between RL = ZG, the more

eficiente será la lámpara. The lamp will be efficient.

La ecuación (13) muestra la potencia máxima entregada en función de una impedancia combinada LC. Equation (13) shows the maximum power delivered as a function of a combined impedance LC.

Para una tensión eficaz de 230V, si la impedancia ZG del dispositivo de control 15 de potencia 1 es sólo inductiva, la potencia máxima entregada en función de dicha impedancia sólo inductiva es la mostrada en la ecuación (14): For an effective voltage of 230V, if the impedance ZG of the power control device 15 is only inductive, the maximum power delivered as a function of said inductive only impedance is that shown in equation (14):

2 2

230 2230 2

P max == 84,19 w/H-1 (14) P max == 84.19 w / H-1 (14)

4 100τL 4 100τL

Si ZG fuera solo capacitiva entonces la potencia máxima entregada en función de dicha impedancia sólo capacitiva es la mostrada en la ecuación (15): If ZG were only capacitive then the maximum power delivered as a function of said capacitive only impedance is that shown in equation (15):

2 2

230 21 230 21

P = P =

= 8,31 w/µF (15) = 8.31 w / µF (15)

max 4 1 max 4 1

100τC 100τC

La impedancia ZG del dispositivo de control de potencia 1 es utilizada en el circuito para limitar la potencia disponible que llega al filamento 2 de la lámpara. El 5 efecto inductivo se contrarresta con el efecto capacitivo por lo que una combinación de The impedance ZG of the power control device 1 is used in the circuit to limit the available power that reaches the filament 2 of the lamp. The inductive effect is counteracted by the capacitive effect so a combination of

ambas impedancias subiría la potencia disponible. both impedances would raise the available power.

Por ello si se requiere limitar potencias grandes, e.g. cientos de vatios, predominará el efecto inductivo, mientras que si se necesita limitar potencias pequeñas, e.g. unidades de pocos vatios, predominará el efecto capacitivo. Therefore, it is required to limit large powers, e.g. hundreds of watts, the inductive effect will predominate, while if you need to limit small powers, e.g. units of few watts, the capacitive effect will predominate.

10 En el caso de las lámparas de incandescencia corrientes, las potencias están comprendidas entre 20W y 100W, por lo que se tendrá que utilizar un dispositivo que presente ambos efectos simultáneamente. 10 In the case of current incandescent lamps, the powers are between 20W and 100W, so a device that has both effects simultaneously must be used.

Es importante reseñar que la lámpara propuesta podría funcionar correctamente si el dispositivo de control de potencia 1 tuviera efecto solo inductivo o 15 solo capacitivo. Ocurre que para conseguir el efecto inductivo para pequeñas potencias se necesitan bobinas de muchas espiras y con un hilo fino que conlleva resistencias óhmicas. Por el contrario para utilizar un efecto solo capacitivo en potencias medias se necesitarían condensadores de más capacidad y mayor tamaño. Por ello lo ideal es combinar ambos efectos, inductivo y capacitivo, para que el It is important to note that the proposed lamp could work correctly if the power control device 1 had only inductive effect or only capacitive 15. It happens that to achieve the inductive effect for small powers, coils of many turns are needed and with a fine thread that carries ohmic resistances. On the contrary, to use a capacitive effect only at medium powers, capacitors of greater capacity and larger size would be needed. Therefore, the ideal is to combine both inductive and capacitive effects, so that the

20 dispositivo de control de potencia 1 sea pequeño y no se produzcan pérdidas resistivas al paso de la corriente eléctrica. El fundamento de la presente invención comprende la fabricación de un dispositivo con comportamiento combinado inductivo-capacitivo que pueda controlar la potencia que recibe el filamento 2 de la bombilla, mediante el método de adaptación 20 power control device 1 is small and there are no resistive losses to the passage of electric current. The basis of the present invention comprises the manufacture of a device with combined inductive-capacitive behavior that can control the power received by the filament 2 of the bulb, by the method of adaptation

25 de potencias (ver ecuación (12)). Para ello se sustituye el filamento 2 de una lámpara de valor óhmico RF (ver Figura 6a) por una combinación de una impedancia ZG del dispositivo de control de potencia 1 y un nuevo filamento de valor de resistencia RL. Repartiéndose el valor óhmico de RF, mitad en el dispositivo de control de potencia 1 (con impedancia ZG) y mitad en el nuevo valor de resistencia RL del filamento 2 de la 25 powers (see equation (12)). For this, filament 2 of an RF ohmic value lamp (see Figure 6a) is replaced by a combination of an impedance ZG of the power control device 1 and a new filament of resistance value RL. The ohmic RF value is distributed, half in the power control device 1 (with ZG impedance) and half in the new resistance value RL of the filament 2 of the

lámpara. Por ejemplo, para una lámpara de 60W cuya temperatura de encendido sea 2550ºK, su resistencia RF es de 882Ω, por tanto la impedancia serie del dispositivo ZG debe ser de 441Ω y la nueva resistencia RL del filamento 2 de la lámpara en caliente también de 441 Ω, tal y como muestra en la Figura 6b, que representa el esquema de configuración del dispositivo de control de potencia 1 para establecer una potencia controlada en una lámpara de 60W, al tiempo que multiplica la inercia del filamento. lamp. For example, for a 60W lamp whose ignition temperature is 2550ºK, its RF resistance is 882Ω, therefore the series impedance of the ZG device must be 441Ω and the new RL resistor of filament 2 of the hot lamp also 441 Ω, as shown in Figure 6b, which represents the configuration scheme of the power control device 1 to establish a controlled power in a 60W lamp, while multiplying the inertia of the filament.

La ecuación (16) representa la potencia máxima entregada en función de la nueva resistencia RL del filamento 2 de la lámpara. Equation (16) represents the maximum power delivered as a function of the new resistance RL of the filament 2 of the lamp.

2 2 2 2 2 2

E E EE E E

1 1 11 1 1

g g g g g g

==

P = P =

= = = =

(16) (16)

2 R + R 4 R 2 R2 R + R 4 R 2 R

LLL F LLL F

Por tanto se deduce que RL= |ZG|=½RF. Therefore it follows that RL = | ZG | = ½RF.

Mediante el dispositivo de control de potencia 1 el filamento 2 de la bombilla es obligado a trabajar con un valor de resistencia en caliente preestablecido de RL=441Ω, ya que para este valor es donde se transmite la máxima potencia que se corresponde con una temperatura del nuevo filamento de 2550ºK. By means of the power control device 1 the filament 2 of the bulb is forced to work with a preset hot resistance value of RL = 441Ω, since for this value it is where the maximum power that corresponds to a temperature of the temperature is transmitted 2550ºK new filament.

En un filamento corriente sin protección del dispositivo de control de potencia 1, si el valor de la resistencia es menor de lo esperado, la potencia recibida aumentará y se acortará la vida del filamento o se fundirá. Si lo que ocurre es que el valor de la resistencia es mayor del esperado, la potencia recibida disminuirá en proporción inversa y la luz emitida será menos blanca y por tanto menos eficiente. In a current filament without protection of the power control device 1, if the resistance value is lower than expected, the received power will increase and the life of the filament will be shortened or melted. If what happens is that the resistance value is higher than expected, the received power will decrease in inverse proportion and the emitted light will be less white and therefore less efficient.

Con el dispositivo de control de potencia 1 inductivo-capacitivo la temperatura de trabajo del filamento 2 está prefijada de antemano por la potencia disponible por el dispositivo de control de potencia 1, y es poco sensible a las condiciones iniciales del filamento 2 de la lámpara, estableciendo el máximo justo en la temperatura de trabajo. With the inductive-capacitive power control device 1 the working temperature of the filament 2 is pre-set by the power available by the power control device 1, and is not very sensitive to the initial conditions of the filament 2 of the lamp, setting the maximum just in the working temperature.

En una lámpara sin el dispositivo de control de potencia 1 al encenderse su filamento 2 va pasando por diferentes temperaturas y diferentes resistencias hasta que alcanza a la temperatura de trabajo. Esto hace que la potencia instantánea al inicio sea decenas de veces mayor a la de trabajo y el filamento 2 puede fundirse. Como se puede comprobar en la gráfica de la Figura 7, que representa la potencia que experimenta el filamento 2 -con y sin dispositivo de control de potencia 1-de una bombilla de 60w a medida que el filamento se va caldeando durante la maniobra de encendido hasta llega a la potencia nominal, la potencia que experimenta el filamento 2 de una bombilla de 60w sin el dispositivo de control de potencia 1 durante la maniobra de encendido es muy variable, llegando la potencia a ser inicialmente hasta 15 veces superior a la nominal, repartida desigualmente por el filamento. Este efecto pone en riesgo la vida del filamento 2. Por el contrario, con el dispositivo de control de potencia 1 la potencia entregada al filamento 2 es casi constante con la temperatura, haciendo que el caldeo del filamento sea suave y muy seguro y la potencia se distribuya uniformemente. Esto es debido a que se forma un divisor de tensión entre el dispositivo de control de potencia 1 y el filamento 2 de la lámpara. Por ello cuando el filamento 2 está frío, la impedancia del dispositivo que es constante 441 O es muy grande comparada con los 650 del filamento, por ello toda la tensión cae en dispositivo de control de potencia 1, poco a poco el filamento se va caldeando y a medida que lo hace aumenta su resistencia hasta llegar a los 4410 Y en ese momento la tensión se reparte entre ambos, haciendo que la potencia entregada al filamento sea máxima y la temperatura se estabilice. In a lamp without the power control device 1 when its filament is lit 2 it goes through different temperatures and different resistances until it reaches the working temperature. This makes the instantaneous power at the beginning tens of times greater than the one of work and the filament 2 can melt. As can be seen in the graph in Figure 7, which represents the power experienced by filament 2 - with and without a power control device 1 - of a 60w bulb as the filament warms up during the ignition maneuver until it reaches the nominal power, the power experienced by the filament 2 of a 60w bulb without the power control device 1 during the ignition maneuver is very variable, the power initially being up to 15 times higher than the nominal one, unevenly distributed by the filament. This effect puts the life of the filament at risk 2. On the contrary, with the power control device 1 the power delivered to the filament 2 is almost constant with the temperature, making the heating of the filament smooth and very safe and the power Distribute evenly. This is because a voltage divider is formed between the power control device 1 and the filament 2 of the lamp. Therefore, when the filament 2 is cold, the impedance of the device that is constant 441 O is very large compared to the 650 of the filament, therefore all the tension falls into a power control device 1, little by little the filament is heating up and as it does it increases its resistance until it reaches 4410. And at that moment the tension is distributed between them, causing the power delivered to the filament to be maximum and the temperature to stabilize.

La Figura 8 muestra un gráfico del retardo de tensión, esto es, la caída de tensión registrada en el dispositivo de control de potencia 1 y la caída de tensión en el filamento mientas se va caldeando. En el filamento 2 la tensión sufre un crecimiento Figure 8 shows a graph of the voltage delay, that is, the voltage drop recorded in the power control device 1 and the voltage drop in the filament as it heats up. In filament 2 the tension undergoes growth

exponencial desde los O voltios hasta .Ji1 (= 0,7) veces la tensión de red. exponential from 0 volts up to .Ji1 (= 0.7) times the grid voltage.

Esta forma secuenciada de aplicar la tensión al filamento, hace que se observe un ligero retardo en el encendido de apenas 2 décimas de segundo, que no es significativo. This sequenced way of applying the tension to the filament causes a slight delay in the ignition of just 2 tenths of a second, which is not significant.

Una consecuencia directa que se puede sacar a primera vista es que en el filamento 2 sólo cae 0,7 veces la tensión de la red 230V por eso la resistencia del filamento puede ser la mitad de la que correspondería a una lámpara de igual potencia conectada directamente a red y permite que el filamento pueda cambiar su relación de aspecto, pudiendo ser la mitad de largo, o ser más grueso o un poco más corto y un poco más grueso, mejorando así su relación de ancho sobre largo que le va a configurar mayor robustez. A direct consequence that can be drawn at first sight is that in filament 2 only the voltage of the 230V network falls 0.7 times so the filament resistance can be half of what would correspond to a lamp of equal power directly connected to network and allows the filament to change its aspect ratio, being able to be half as long, or be thicker or slightly shorter and a little thicker, thus improving its width to length ratio that will make it larger sturdiness.

En la Figura 9 se muestra el proceso de encendido (retardo de encendido) de una bombilla con y sin sistema de control de potencia 1; en concreto una gráfica comparativa de tiempo de encendido de una bombilla conectada directamente a red 50ms y otra conectada al dispositivo de control de potencia 1 de encendido lento 200ms. Sin el sistema de control de potencia 1 el encendido es muy rápido, el filamento se calienta con una curva tipo exponencial con una fuerte pendiente en el inicio. Por el contrario con el sistema de control de potencia 1 la curva del calentamiento es inicialmente potencial, con una suave pendiente al principio que va aumentado a medida que el filamento se calienta para finalmente alcanzar la temperatura de régimen. Este sistema de encendido suave evita que por un lado se produzcan dilataciones tan bruscas del filamento y por otro lado evita el riesgo de rotura, permitiendo que todo el filamento se caldee por igual y de forma uniforme. The ignition process (ignition delay) of a bulb with and without power control system 1 is shown in Figure 9; specifically, a comparative graph of the ignition time of a bulb directly connected to the 50ms network and another connected to the power control device 1 of the slow-on 200ms. Without the power control system 1 the ignition is very fast, the filament is heated with an exponential type curve with a strong slope at the beginning. On the contrary with the power control system 1 the heating curve is initially potential, with a gentle slope at the beginning that increases as the filament heats up to finally reach the operating temperature. This soft-ignition system prevents on one hand such sharp dilations of the filament and on the other hand prevents the risk of breakage, allowing the entire filament to heat up equally and evenly.

Por todo lo expuesto, las lámparas que incorporan el dispositivo de control de potencia 1 mejoran en los siguientes aspectos: For all the above, the lamps incorporating the power control device 1 improve in the following aspects:

--: La robustez del filamento, que puede ser más corto y más ancho, por lo que soportará mejor las maniobras de encendido y apagado, reduciendo la probabilidad de rotura por sobre calentamiento. The robustness of the filament, which can be shorter and wider, so it will better withstand the on and off maneuvers, reducing the probability of breakage due to overheating.

--: La curva de caldeo es mucho más suave y esto hace que el esfuerzo mecánico por la dilatación térmica sea también más homogéneo, nuevamente reduciendo la probabilidad de rotura. The heating curve is much smoother and this makes the mechanical effort for thermal expansion also more homogeneous, again reducing the probability of breakage.

--: Durante los primeros instantes del encendido el dispositivo de control de potencia 1 se comporta como un generador de corriente constante, que hace que la distribución de potencia a lo largo del filamento sea homogéneo evitando calentamientos puntuales que podrían romper el filamento. During the first moments of the ignition the power control device 1 behaves like a constant current generator, which makes the distribution of power along the filament homogeneous avoiding point heating that could break the filament.

--: Al ser el dispositivo de control de potencia 1 un componente pasivo fabricado por combinación de inductancias y capacitancias con resistencia despreciable, no se producen pérdidas energéticas en calor como ocurre en otros dispositivos electrónicos, como en el caso de Philips explicado anteriormente, o en el caso de utilización de transformadores. Since the power control device 1 is a passive component manufactured by combining inductances and capacitances with negligible resistance, no energy losses in heat occur as in other electronic devices, as in the case of Philips explained above, or in the case of use of transformers.

El dispositivo de control de potencia 1 es aplicable a las lámparas incandescente corrientes, pero es particularmente necesario cuando se aplica a las lámparas halógenas conectadas directamente a red, ya que al ser mayor la temperatura de trabajo, es también mayor la potencia instantánea, con lo que el dispositivo de control de potencia 1 protege la lámpara durante el encendido pero además el filamento puede ser más grueso y más corto, hace que sea más robusto y también favorece al proceso de óxido-reducción comentado anteriormente. The power control device 1 is applicable to ordinary incandescent lamps, but it is particularly necessary when applied to halogen lamps connected directly to the network, since the higher the working temperature, the instantaneous power is also higher, so that the power control device 1 protects the lamp during ignition but in addition the filament can be thicker and shorter, makes it more robust and also favors the oxide-reduction process discussed above.

Todas estas mejoras comentadas anteriormente permiten la posibilidad de subir la temperatura del filamento de las lámparas y así mejorar su eficiencia lumínica. No obstante, si se sube la temperatura de la lámpara es necesario cambiar la ampolla de vidrio por una de cuarzo, que soporte mejor las altas temperaturas. All these improvements discussed above allow the possibility of raising the temperature of the filament of the lamps and thus improve their light efficiency. However, if the temperature of the lamp is raised, it is necessary to change the glass ampoule with a quartz, which better supports the high temperatures.

Lo expuesto a continuación se puede aplicar a lámparas incandescentes corrientes, sin embargo, como la intención final es subir la temperatura del filamento, se considera más recomendable aplicarlo directamente sobre las lámparas halógenas, porque éstas llevan un sistema de recuperación del filamento muy eficaz. The following can be applied to ordinary incandescent lamps, however, as the final intention is to raise the temperature of the filament, it is considered more advisable to apply it directly on the halogen lamps, because they have a very effective filament recovery system.

Una lámpara halógena de pequeña potencia y bajo voltaje puede mantener con seguridad una temperatura en el filamento de hasta 2884°K, como sucede en las lámparas de los faros de los automóviles que operan a 12V, ya que los filamentos son muy cortos y muy gruesos y esa relación de aspecto hace que tengan mucha inercia térmica protegiéndolos contra las maniobras de encendido y apagado; sin embargo, las lámparas halógenas de baja potencia entre los 10 Y 1 OOw conectadas directamente a red necesitan que la resistencia eléctrica de su filamento sea grande y por ello sus filamentos son largos y delgados. En estas circunstancias solamente pueden subir la temperatura del filamento hasta los 2690oK, reduciendo la eficiencia entre los 12 y 18 Im/w, dependiendo de la potencia, lo que supone sólo una mejora del 30% respecto de las lámparas estándar equivalente. A low-power, low-voltage halogen lamp can safely maintain a filament temperature of up to 2884 ° K, as is the case in headlight lamps of cars operating at 12V, since the filaments are very short and very thick and that aspect ratio makes them have a lot of thermal inertia protecting them from switching on and off; however, low power halogen lamps between 10 and 1 OOw connected directly to the grid need the electrical resistance of their filament to be large and therefore their filaments are long and thin. In these circumstances they can only raise the temperature of the filament to 2690oK, reducing efficiency between 12 and 18 Im / w, depending on the power, which is only a 30% improvement over the equivalent standard lamps.

Un cuerpo negro incandescente a 26900 K radia una potencia de 2.4Mw/m2 de los que los que solo un 8.7% están en la banda visible. Sin embargo, por la ley del desplazamiento de Wien hace que la eficiencia luminosa subjetiva del ojo humano suba desde la banda de 101/w hasta los 131/w, que supone un 30% más de eficiencia que las lámparas incandescentes corrientes. An incandescent black body at 26900 K radiates a power of 2.4Mw / m2 of which only 8.7% are in the visible band. However, by Wien's displacement law, the subjective luminous efficiency of the human eye rises from the band of 101 / w to 131 / w, which is 30% more efficient than ordinary incandescent lamps.

Una lámpara funcionando a una temperatura de 29000 K tiene una curva de emisión de radiación de 19.2Im/w. Si la temperatura del filamento ascendiera tan solo a 3169°K la eficiencia relativa subiría hasta los 28,3Im/w. Para la temperatura de 3460oK, la eficiencia relativa alcanzaría 39,2Im/w, valor próximo a la de las lámparas fluorescentes o la de la emisión LEO, que pueden alcanzar 50Im/w. A lamp operating at a temperature of 29000 K has a radiation emission curve of 19.2Im / w. If the filament temperature rises only to 3169 ° K, the relative efficiency would rise to 28.3Im / w. For the temperature of 3460oK, the relative efficiency would reach 39.2Im / w, a value close to that of the fluorescent lamps or that of the LEO emission, which can reach 50Im / w.

Tal y como se muestra en la Figura 3, que representa la distribución de la potencia de radiación de un filamento de tungsteno a 2884°K, la emisión en la banda visible supone un 10,8% de la potencia total, sin embargo el rendimiento en lumen es de 28Im/w. As shown in Figure 3, which represents the distribution of the radiation power of a tungsten filament at 2884 ° K, the emission in the visible band accounts for 10.8% of the total power, however the yield in lumen it is 28Im / w.

El límite de temperatura a la que se puede poner el filamento es a la temperatura de fusión del tungsteno de 3695°K, pero se fundiría rápidamente. Un filamento a esta temperatura emitiría el 24% de su energía en el espectro visible pero la sensibilidad del ojo humano sólo permite ver 48,2Im/w. La máxima eficiencia se obtendría con un cuerpo negro a 6685°K, como es el caso del Sol, lo que representa sin embargo sólo 106 Im/w. The temperature limit at which the filament can be set is at the melting temperature of 3695 ° K tungsten, but it would melt quickly. A filament at this temperature would emit 24% of its energy in the visible spectrum but the sensitivity of the human eye only allows to see 48.2Im / w. The maximum efficiency would be obtained with a black body at 6685 ° K, as is the case with the Sun, which represents however only 106 Im / w.

A pesar de que existen en el mercado otros tipos de lámparas no incandescentes con eficiencias que superan los 50 Im/w o incluso los 120 Im/w, como en el caso de las lámparas de sodio, el dispositivo que aquí se presenta es muy interesante ya que, como se explicará más adelante, todas están lámparas que aumentan tanto su eficiencia lo hacen de un modo discontinuo en el espectro, porque solo emiten en ciertas zonas del espectro visible para dar la sensación alojo de mayor luminosidad yeso tiene sus inconvenientes para muchas aplicaciones. Although there are other types of non-incandescent lamps on the market with efficiencies that exceed 50 Im / wo and even 120 Im / w, as in the case of sodium lamps, the device presented here is very interesting since which, as will be explained later, are all lamps that increase their efficiency so much they do it in a discontinuous way in the spectrum, because they only emit in certain areas of the visible spectrum to give the sensation of greater luminosity and that has its disadvantages for many applications .

Con el dispositivo de control de potencia 1 se pueden llegar a alcanzar de una forma estable los 28.3 Im/w, incluso para lámparas de pequeña potencia conectas a la red de 230V. Para conseguir esa eficiencia el filamento debe alcanzar una temperatura de 31700 K de forma segura. Esto es posible ya que el dispositivo de control de potencia 1 permite retardar el encendido, mediante un caldeo suave, lo que permite que el calor generado se reparta uniformemente por todo el filamento, evitando que se formen puntos calientes en el filamento y así evitar su rotura. With the power control device 1, 28.3 Im / w can be reached in a stable way, even for small power lamps connected to the 230V network. To achieve this efficiency the filament must reach a temperature of 31700 K safely. This is possible since the power control device 1 allows the ignition to be delayed, by gentle heating, which allows the generated heat to be distributed evenly throughout the filament, preventing hot spots from forming in the filament and thus preventing its break.

Para sustituir una bombilla convencional de 60W por una equivalente en lúmenes, mediante este sistema, se deben aportar los 600 lúmenes a una temperatura del filamento de 3170oK. A partir del rendimiento de la lámpara se puede calcular que la nueva potencia radiada que es de 21,2 W, según la ecuación (17) -potencia consumida por una lámpara de 600 lúmenes con una eficiencia de 28.3 Im/w-: To replace a conventional 60W bulb with an equivalent in lumens, using this system, 600 lumens must be provided at a filament temperature of 3170oK. From the lamp performance it can be calculated that the new radiated power that is 21.2 W, according to equation (17) -power consumed by a 600 lumens lamp with an efficiency of 28.3 Im / w-:

Pe=600/28.3=21.2W (17) Pe = 600 / 28.3 = 21.2W (17)

Sin embargo, una lámpara trabajando a esta temperatura tendría pérdidas de potencia de 4.6W en forma de calor por conducción y convección que no son radiadas, por lo que la potencia eléctrica real consumida será de 25,8w. However, a lamp working at this temperature would have power losses of 4.6W in the form of heat by conduction and convection that are not radiated, so the actual electric power consumed will be 25.8w.

Una lámpara incandescente convencional de igual potencia sin el dispositivo de control de potencia 1 tendría una resistencia en caliente, en su punto de trabajo de 2550oK, de 20500, según se muestra en la ecuación (18) -resistencia eléctrica en caliente de una lámpara de 25,8w a 230V-: A conventional incandescent lamp of equal power without the power control device 1 would have a hot resistance, at its working point of 2550oK, of 20500, as shown in equation (18) - hot electrical resistance of a lamp 25.8w at 230V-:

(18) (18)

La resistencia en frío sería de 187,50, según se representa en la ecuación (19) -resistencia a temperatura ambiente de una lámpara de 25,8w a 230V -: The cold resistance would be 187.50, as represented in equation (19) - resistance at room temperature of a lamp of 25.8w at 230V -:

R01 =R/(1 +o(T-To)+I3(T-TO)2)=187 ,50 (19) R01 = R / (1 + or (T-To) + I3 (T-TO) 2) = 187, 50 (19)

Sin embargo su resistencia trabajando con el dispositivo de control 1 a una temperatura de 31700 K es de 10250, según se muestra en la ecuación (20) resistencia eléctrica en caliente de una lámpara de 25,8w a 230V adaptada con el dispositivo de control 1-: However, its resistance working with the control device 1 at a temperature of 31700 K is 10250, as shown in equation (20) hot electrical resistance of a lamp of 25.8w at 230V adapted with the control device 1 -:

(20) (twenty)

La resistencia en frío sería de 58.60, según se muestra en la ecuación (21) resistencia eléctrica a temperatura ambiente de una lámpara de 25,8w a 230V adaptada con el dispositivo de control de potencia 1-: The cold resistance would be 58.60, as shown in equation (21) electrical resistance at room temperature of a lamp of 25.8w at 230V adapted with the power control device 1-:

R02=R/(1 +o(T-To)+I3(T-TO)2)=58.60 R02 = R / (1 + or (T-To) + I3 (T-TO) 2) = 58.60

(21 ) (twenty-one )

Este valor óhmico del filamento es 3.2 veces menor que el que tendría su 5 equivalente en vatios operando a 2550oK, sin el dispositivo de control de potencia 1. This ohmic value of the filament is 3.2 times lower than that which would have its equivalent in 5 watts operating at 2550oK, without the power control device 1.

Por eso variará significativamente la forma del filamento, su área de emisión, su sección y su diámetro si se supone cilíndrico; en definitiva cambia su relación de aspecto, haciéndose más robusto, ya que tiene radiar la misma potencia, con una menor superficie de emisión y a una temperatura mayor. La ecuación (22) representa Therefore, the shape of the filament, its emission area, its section and its diameter will vary significantly if it is assumed cylindrical; It definitely changes its aspect ratio, becoming more robust, since it has radiate the same power, with a smaller emission surface and at a higher temperature. Equation (22) represents

10 la relación entre la superficie de emisión de un filamento 2 a diferentes temperaturas: 10 the relationship between the emission surface of a filament 2 at different temperatures:

(22) (22)

El nuevo filamento al trabajar a mayor temperatura necesita menor superficie de emisión. En la ecuación (23) -superficie de emisión de un filamento de 21,2w a 2550oK-y en la ecuación (24) -superficie de emisión de un filamento de 21,2w a 3170oK-se muestran los cálculos de las respectivas áreas de emisión de luz. The new filament when working at a higher temperature needs a lower emission surface. In equation (23) - emission surface of a filament of 21.2w at 2550oK - and in equation (24) - emission surface of a filament of 21.2w at 3170oK - the calculations of the respective areas of light emission

15 2A1=W/cr-rt m2=21 ,2/(5.68x1 0-8 25504)=8,83x1 0-6 m15 2A1 = W / cr-rt m2 = 21, 2 / (5.68x1 0-8 25504) = 8.83x1 0-6 m

(23) (2. 3)

(24) (24)

Para calcular la relación de aspecto entre ambos filamentos en el supuesto de que tengan forma de cilindro de sección S y longitud L, se utiliza el cálculo de las 20 ecuaciones (25) -área de una sección circular-, (26) -superficie lateral de un cilindro-y To calculate the aspect ratio between both filaments in the event that they are shaped like a cylinder of section S and length L, the calculation of the 20 equations (25) -area of a circular section-, (26) -surface surface is used of a cylinder-y

(27) -resistencia eléctrica de un cilindro conductor-: (27) -electric resistance of a conductive cylinder-:

S= TT~ (25) A= 2TTr.L (26) S = TT ~ (25) A = 2TTr.L (26)

L (27)Ro = P--2L (27) Ro = P - 2

1t .r 1t .r

Siendo p=5.65x10-8 Om-1. Being p = 5.65x10-8 Om-1.

Resolviendo el sistema de ecuaciones, se obtiene el radio r del filamento de una lámpara en función de su superficie de emisión de luz y su resistencia eléctrica en frío, ecuación (28), y la longitud L de un filamento de una lámpara en función de su Solving the system of equations, the radius r of the filament of a lamp is obtained based on its light emitting surface and its cold electrical resistance, equation (28), and the length L of a filament of a lamp as a function of its

5 superficie del semidiámetro, ecuación (29): (28)5 surface of the semi-diameter, equation (29): (28)

J~ J ~

r=~~ r = ~~

(29)(29)

L=~ L = ~

21t .r 21t .r

Dado que el área A de radiación del filamento depende linealmente con la potencia y la resistencia eléctrica R inversamente proporcional, de las fórmulas anteriores (28) y (29) respectivamente se puede deducir que para un mismo tipo de lámpara la longitud y la sección del filamento crecen con la potencia, por esa razón las Since the radiation area A of the filament depends linearly with the power and the electrical resistance R inversely proportional, from the previous formulas (28) and (29) respectively it can be deduced that for the same type of lamp the length and section of the filament grow with the power, for that reason the

10 lámparas de más potencia tienen los filamentos más robustos. Sin embargo, para potencias pequeñas los filamentos son más endebles, tienen que trabajar a trabajar a temperaturas menores, disminuyendo su eficiencia, salvo que se le introduzca el dispositivo de control de potencia 1, que permite estabilizar la temperatura durante el encendido. 10 more powerful lamps have the most robust filaments. However, for small powers the filaments are weaker, they have to work at lower temperatures, decreasing their efficiency, unless the power control device 1 is introduced, which allows the temperature to stabilize during ignition.

15 Haciendo la comparativa entre las dos tipos de lámparas con y sin el dispositivo de control 1 y resolviendo para (A1,Ro1 ), ecuaciones (30) y (31), se obtiene el radio r1 y longitud L1 del filamento para (A1,Ro1 ). De la misma forma, particularizando para para (A2, R02), ecuaciones (32) y (33), se obtiene el radio r2 y longitud L2 del filamento para (A2,Ro2): 15 By comparing the two types of lamps with and without the control device 1 and solving for (A1, Ro1), equations (30) and (31), the radius r1 and length L1 of the filament for (A1, Ro1). In the same way, particularizing for (A2, R02), equations (32) and (33), the radius r2 and length L2 of the filament for (A2, Ro2) are obtained:

(30)(30)

=3 5,65x1 0-82,5x1 0-5 =5 2 m 21t 2187,5 ' 11 = 3 5.65x1 0-82.5x1 0-5 = 5 2 m 21t 2187.5 '11

A (31 )A (31)

L1 =_1_= 27.5cm L1 = _1_ = 27.5cm

21t.r1 21t.r1

5,65x10-83,7x10--{) =5.7 m (32) 21t 2 58.6 11 5.65x10-83.7x10 - {) = 5.7 m (32) 21t 2 58.6 11

A (33)A (33)

L=__2_ =10Acm2 21t .r2 L = __ 2_ = 10Acm2 21t .r2

Se aprecia que la longitud del filamento L2 cuando se utiliza el dispositivo de control de potencia 1, es 2,7 veces menor que el que tendría una lámpara convencional de igual potencia y la sección del filamento es prácticamente idéntica. It is appreciated that the length of the filament L2 when the power control device 1 is used, is 2.7 times less than that of a conventional lamp of equal power and the filament section is practically identical.

Para que la lámpara calculada funcione correctamente, su dispositivo de control de potencia 1 tiene que tener una impedancia igual a la del filamento a la temperatura de 31700 K (ZG=1 025Q). For the calculated lamp to work properly, its power control device 1 must have an impedance equal to that of the filament at the temperature of 31700 K (ZG = 1.025Q).

La Figura 10 representa un esquema de la impedancia del dispositivo de control de potencia 1. Como se puede observar en la Figura 10 para ajustar ZG al valor de R es necesario buscar una pareja de valores C y L lo menor posible para que el dispositivo sea muy pequeño. Existen infinitas combinaciones que cumplen que 1/(100TTC)-100TTL=R. Esto es, L=a/C+b. El valor concreto está condicionado como se verá mas adelante por el proceso físico de fabricación de este dispositivo de control de potencia 1. Figure 10 represents a diagram of the impedance of the power control device 1. As can be seen in Figure 10 to adjust ZG to the value of R it is necessary to find a pair of values C and L as small as possible so that the device is very small. There are infinite combinations that meet that 1 / (100TTC) -100TTL = R. That is, L = a / C + b. The specific value is conditioned as will be seen later by the physical manufacturing process of this power control device 1.

La Figura 11 muestra un esquema del circuito equivalente del dispositivo de control de potencia 1. Figure 11 shows a schematic of the equivalent circuit of the power control device 1.

En una realización preferida la construcción física del dispositivo de control de potencia 1 se hace mediante dos láminas metálicas paralelas (10,11) separadas por un aislante, de forma análoga a un condensador corriente, pero en el que los contactos eléctricos están en los extremos opuestos de las láminas, para provocar un efecto inductivo, tal y como se muestra en las Figuras 12A y 128. En un condensador convencional (Figura 12A) las cargas eléctricas tienen que hacer solo un pequeño recorrido para conseguir atravesar el dispositivo, en cambio en el dispositivo de control de potencia 1, dispositivo LC (Figura 12B), las cargas tienen que hacer un mayor recorrido por las placas para atravesar al otro lado, creándose una mayor efecto inductivo L. In a preferred embodiment the physical construction of the power control device 1 is made by two parallel metal sheets (10,11) separated by an insulator, analogously to a current capacitor, but in which the electrical contacts are at the ends opposite of the sheets, to cause an inductive effect, as shown in Figures 12A and 128. In a conventional capacitor (Figure 12A) the electric charges have to make only a small path to get through the device, instead in the power control device 1, device LC (Figure 12B), the charges have to make a greater route through the plates to cross to the other side, creating a greater inductive effect L.

Como podemos ver al paso de la corriente el desplazamiento de las cargas eléctricas por cada cara en un condensador corriente circulan en sentido contrario para contrarrestar el efecto inductivo, sin embargo en el dispositivo de control de potencia 1, las cargas eléctricas se desplazan en la misma dirección en ambas caras, por lo que no se cancela el efecto inductivo. As we can see, as the current passes, the displacement of the electric charges on each side in a current capacitor circulates in the opposite direction to counteract the inductive effect, however in the power control device 1, the electric charges move in the same direction on both sides, so the inductive effect is not canceled.

La Figura 13 muestra el esquema físico de una posible realización del dispositivo de control de potencia 1. Se trata de construir un condensador de placas paralelas enrolladas formando una autoinducción, de forma que el efecto capacitivo se contrarresta en parte con el inductivo para disminuir así la impedancia ZG del conjunto. Figure 13 shows the physical scheme of a possible embodiment of the power control device 1. It is a question of constructing a condenser of parallel coiled plates forming a self-induction, so that the capacitive effect is partially counteracted with the inductive one in order to decrease the ZG impedance of the set.

El dispositivo capacitivo así fabricado se comporta como el circuito equivalente de la Figura 11, donde se combina el efecto inductivo con el capacitivo. El dispositivo de control así creado no consta de una sola e y una sola L, sino es más bien de la combinación serie y paralelo de infinitas diferenciales de e infinitas diferenciales dL, con lo que el resultado eléctrico de todo ello es una impedancia conjunta ZG mucho menor de la que tendría el dispositivo fabricado por la combinación de L y e convencionalmente. De esta forma se ha forzado la formación de una autoinducción, que permite reducir la impedancia del conjunto en un 30% a la tendría el condensador equivalente del mismo tamaño. Por lo que el dispositivo de control de potencia 1 en cuanto a la de entrega de potencia a la lámpara se comporta a efectos de impedancia como si fuera un condensador de superior capacidad e'=1,3e. La ecuación (34) muestra la potencia entregada en función de la capacidad equivalente del dispositivo de control de potencia 1 : The capacitive device thus manufactured behaves like the equivalent circuit of Figure 11, where the inductive effect is combined with the capacitive. The control device thus created does not consist of a single e and a single L, but is rather of the series and parallel combination of infinite differentials of and infinite differentials dL, so the electrical result of all this is a joint impedance ZG much smaller than the device manufactured by the combination of L and conventionally. In this way the formation of a self-induction has been forced, which allows reducing the impedance of the set by 30% to the equivalent capacitor of the same size. Therefore, the power control device 1 in terms of the power delivery to the lamp behaves for impedance effects as if it were a capacitor of higher capacity e '= 1.3e. Equation (34) shows the power delivered as a function of the equivalent capacity of the power control device 1:

230J2f 230J2f230J2f 230J2f

1 1 1 11 1 1 1

p = -= 108 w/IJF equivalentes (34) p = - = 108 w / IJF equivalents (34)

max 4 1 4 1 ' max 4 1 4 1 '

100'tC' 100't 1,3C 100'tC '100't 1,3C

El cálculo de la capacidad e' del dispositivo de control de potencia 1: The calculation of the capacity e 'of the power control device 1:

e'=p/1 0,8=25.8/1 0.8=2,38 IJF equivalentes e '= p / 1 0.8 = 25.8 / 1 0.8 = 2.38 equivalent IJF

Si se utiliza un condensador construido normalmente entonces se necesitaría una capacidad mayor y por tanto un mayor tamaño. If a normally constructed capacitor is used then a larger capacity and therefore a larger size would be needed.

e=P/10,8=25.8/8.3=3.1 IJF reales e = P / 10.8 = 25.8 / 8.3 = 3.1 real IJF

El dispositivo de control de potencia 1 por construcción es similar a un condensador pero de un tamaño menor para la misma potencia entregada, por lo que para potencias pequeñas podrían ser intercambiables. No obstante, el comportamiento eléctrico del dispositivo de control de potencia con una componente inductiva tiene mejor comportamiento durante el transitorio del encendido, ya que su efecto inductivo suaviza aún más la corriente inicial mejorando la protección del filamento. The power control device 1 by construction is similar to a capacitor but of a smaller size for the same power delivered, so for small powers they could be interchangeable. However, the electrical behavior of the power control device with an inductive component has a better performance during the ignition transient, since its inductive effect softens the initial current even further improving the protection of the filament.

La Figura 14 representa el retardo de encendido para distintas situaciones, mostrando que el efecto inductivo del dispositivo de control de potencia 1, dispositivo Le, aumenta el suavizado del encendido protegiendo aún más el filamento de la lámpara. Figure 14 represents the ignition delay for different situations, showing that the inductive effect of the power control device 1, device Le, increases the smoothing of the ignition by further protecting the lamp filament.

Si se aplicara este dispositivo a una lámpara equivalente en luminosidad a una de 100W convencional, la capacidad equivalente sería de 41JF, cuyo pequeño tamaño If this device were applied to a lamp equivalent in brightness to a conventional 100W, the equivalent capacity would be 41JF, whose small size

de fabricación es posible integrarlo en el interior del casquillo E27 de las lámparas clásicas. Un caso interesante de esta tecnología para la fabricación de las lámparas con este dispositivo de control de potencia 1 incorporado es que el diámetro del filamento 5 sea el mismo que el de la lámpara clásica equivalente en potencia. It is possible to integrate it into the E27 socket of the classic lamps. An interesting case of this technology for the manufacture of the lamps with this built-in power control device 1 is that the diameter of the filament 5 is the same as that of the classic lamp equivalent in power.

El valor de la resistencia en caliente se puede expresar con la aproximación mostrada en la ecuación (35), relación entre la resistencia en frío y la resistencia en caliente de un filamento y en función de la potencia y tensión aplicada: The value of the hot resistance can be expressed with the approximation shown in equation (35), the relationship between the cold resistance and the hot resistance of a filament and depending on the power and voltage applied:

(35) (35)

Siendo R la resistencia del filamento 2 a la temperatura de funcionamiento, P la R being the resistance of filament 2 at the operating temperature, P the

10 potencia de la lámpara y V la tensión de alimentación. La temperatura alcanzada por el filamento es forzada por el dispositivo de control 1 hasta que se igualen el módulo de ZG y RL. No obstante, interesa que esa temperatura sea lo más cercana posible a 3169°K, para entregar la máxima eficiencia radiativa posible con filamentos de tungsteno. A menor temperatura baja la eficiencia y 10 lamp power and V the supply voltage. The temperature reached by the filament is forced by the control device 1 until the module of ZG and RL is equalized. However, it is of interest that this temperature be as close as possible to 3169 ° K, to deliver the maximum possible radiative efficiency with tungsten filaments. At lower temperature the efficiency drops and

15 a mayor temperatura se acorta la vida de la lámpara. En ese caso sí que se necesita que el valor de la resistencia del filamento a temperatura ambiente sea un valor concreto Ro, que se obtiene de la ecuación (35). La tolerancia es pequeña 0.95Ro< At a higher temperature the lamp life is shortened. In that case, it is necessary that the value of the filament resistance at room temperature be a specific value Ro, which is obtained from equation (35). Tolerance is small 0.95Ro <

IZgl < 1.05Ro. IZgl <1.05Ro.

Sustituyendo este valor en la ecuación (28) anterior, se obtiene la siguiente 20 ecuación (36), radio rdel filamento 2 de una lámpara en función de la potencia, tensión y temperatura del filamento: Substituting this value in equation (28) above, you get the following 20 equation (36), radius r of filament 2 of a lamp depending on the power, tension and temperature of the filament:

TI )1,2 IT) 1.2

((

p %aT4 =3 p% aT4 = 3

p2 1300 p2 1300

I-----'--=--=----,.-I -----'-- = - = ----, .-

r= r =

V2/ 21t 2 /p V2 / 21t 2 / p

(~ oor (36)

Ya que para el tungsteno el valor número de a=p=5.670·1 0-8 Since for tungsten the value number of a = p = 5,6701 0-8

De la ecuación (36) se puede comprobar que el diámetro del filamento 2 de una lámpara aumenta con la potencia y disminuye con la tensión aplicada. Para dos 25 lámparas de igual potencia y de igual tensión, una de ellas con el dispositivo de control de potencia 1 y otra sin él, se puede calcular la relación entre sus diámetros, según la From equation (36) it can be verified that the diameter of the filament 2 of a lamp increases with the power and decreases with the applied voltage. For two 25 lamps of equal power and of equal voltage, one of them with the power control device 1 and another without it, the relationship between its diameters can be calculated, according to the

ecuación (37) -relación del radio r2 de un filamento regulado por el dispositivo de control de potencia 1 y del radio r1 de otro filamento de igual potencia sin regulación-. equation (37) -relation of the radius r2 of a filament regulated by the power control device 1 and of the radius r1 of another filament of equal power without regulation-.

De la ecuación (37) se puede deducir la relación entre temperaturas para que los radios r1 y r2 sean idénticos, como se muestra en la ecuación (38). En el cálculo del 5 radio del filamento de la lámpara con dispositivo de control de potencia 1 el voltaje que From equation (37) the relationship between temperatures can be deduced so that the radii r1 and r2 are identical, as shown in equation (38). In the calculation of the 5 radius of the lamp filament with power control device 1 the voltage that

le llega es V/--.)2. it arrives is V / -.) 2.

(38)(38)

r2 T2R2 T2

=1 ~ =1.28 = 1 ~ = 1.28

r¡ T¡ Para que se conserve el diámetro del filamento de las dos lámparas la temperatura con el dispositivo de control de potencia 1 debe aumentar 1,28 veces como por ejemplo pasar de 25000 K a 3200oK, que coincide con el caso expuesto. 10 Sustituyendo este valor en la ecuación (39), se calcula la relación entre la longitud L2 de un filamento regulado por el dispositivo de control de potencia 1 y la longitud L1de otro filamento de igual potencia sin regulación: r¡ T¡ In order for the filament diameter of the two lamps to be preserved, the temperature with the power control device 1 must increase 1.28 times, for example, from 25000 K to 3200oK, which coincides with the case described. 10 Substituting this value in equation (39), the relationship between the length L2 of a filament regulated by the power control device 1 and the length L1 of another filament of equal power without regulation is calculated:

Se comprueba que la longitud del filamento es 2.68 veces mayor en la lámpara de igual potencia sin el dispositivo de control de potencia 1. It is found that the length of the filament is 2.68 times greater in the lamp of equal power without the power control device 1.

Por tanto, en una cadena de producción de lámparas la única variación que hay hacer para adaptarlas al dispositivo de control de potencia 1 es acortar la longitud del filamento en 2.68 veces, manteniendo su diámetro. Therefore, in a lamp production chain the only variation to be made to adapt them to the power control device 1 is to shorten the length of the filament by 2.68 times, maintaining its diameter.

Claims

1. one.: Dispositivo de control de potencia para la mejora de eficiencia en lámparas incandescentes, para su instalación en serie con el filamento (2) de una lámpara incandescente, caracterizado por que dispone de una impedancia ZG con un comportamiento combinado sustancialmente inductivo y/o capacitivo para reducir la potencia instantánea recibida por el filamento (2) durante la operación de encendido de la lámpara y regular la potencia recibida por el filamento (2) durante su funcionamiento; y por que el valor de la impedancia ZG del dispositivo de control de potencia (1) está determinado en función del valor de resistencia eléctrica RL del filamento (2) en caliente de la lámpara a la que va destinada su instalación. Power control device for efficiency improvement in incandescent lamps, for series installation with the filament (2) of an incandescent lamp, characterized in that it has a ZG impedance with a combined inductive and / or capacitive behavior to reduce the instantaneous power received by the filament (2) during the lamp lighting operation and regulate the power received by the filament (2) during its operation; and because the value of the impedance ZG of the power control device (1) is determined as a function of the electrical resistance value RL of the hot filament (2) of the lamp to which its installation is intended.

2. 2.: Dispositivo de control de potencia según la reivindicación 1, caracterizado por que la impedancia ZG del dispositivo de control de potencia (1) es tal que el valor de su módulo es sustancialmente idéntico al valor de resistencia RL del filamento (2) en caliente de la lámpara a la que va destinada su instalación. Power control device according to claim 1, characterized in that the impedance ZG of the power control device (1) is such that the value of its module is substantially identical to the resistance value RL of the hot filament (2) of the lamp to which its installation is intended.

3. 3.: Dispositivo de control de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende al menos un dispositivo formado por placas conductoras paralelas separadas por un dieléctrico y enrolladas, donde los contactos eléctricos están en lados opuestos de las placas. Power control device according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one device formed by parallel conductive plates separated by a dielectric and wound, where the electrical contacts are on opposite sides of the plates.

4. Four.: Dispositivo de control de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende dos láminas metálicas paralelas separadas por un aislante, en el que los contactos eléctricos están en los extremos opuestos de las láminas para provocar un efecto inductivo. Power control device according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises two parallel metal sheets separated by an insulator, in which the electrical contacts are at opposite ends of the sheets to cause an inductive effect.

5. 5.: Dispositivo de control de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un condensador de placas enrollables formando una autoinducción, de forma que el efecto capacitivo se contrarresta con el inductivo para disminuir la impedancia del conjunto. Power control device according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises a roller plate capacitor forming a self-induction, so that the capacitive effect is counteracted with the inductive to decrease the impedance of the assembly.

6. 6.: Lámpara incandescente de alta eficiencia, caracterizado por que incorpora el dispositivo de control de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en serie con el filamento (2) de la lámpara. High efficiency incandescent lamp, characterized in that it incorporates the power control device according to any one of claims 1 to 5, in series with the filament (2) of the lamp.

7. 7.: Lámpara incandescente según la reivindicación 6, caracterizada por que es una lámpara halógena. Incandescent lamp according to claim 6, characterized in that it is a halogen lamp.

5. Incandescent lamp according to any of claims 6 to 7, of a given power P, characterized in that the filament (2) has the same thickness as the filament of a conventional incandescent lamp of equal power P, but shorter in length.

Use of the power control device according to any one of claims 1 to 5 for the manufacture of a high efficiency incandescent lamp, of a given power P, from a conventional incandescent lamp, characterized in that it comprises incorporating the device of power control (1) in series with the filament (2) of the lamp of the same thickness as a

15 conventional incandescent lamp of equal power P but shorter length.

Fig. 13

Fig. 14