ES2416580A1

ES2416580A1 - Power-control device for an incandescent lamp and use thereof

Info

Publication number: ES2416580A1
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: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: ES2416580B2; WO2013098430A1

Abstract

The invention relates to a high-efficiency incandescent lamp, a method for manufacturing same and a power-control device for same. The lamp includes a power-control device (1) connected in series with the filament (2) of the lamp. The power-control device (1) comprises an impedance ZG with substantially inductive and/or capacitive combined behaviour to reduce the instantaneous power received by the filament (2) during the operation of switching on the lamp and to control the power received by the filament (2) during the operation of same in order to increase the temperature and improve the efficiency thereof. The value of the impedance ZG of the power-control device (1) is determined in accordance with the electric resistance value RL of the hot filament (2) of the lamp, and the modulus of said impedance ZG is preferably substantially identical to the resistance value RL 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 high efficiency and low consumption incandescent lamps.

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 extend their life time. An incandescent lamp is a light-emitting device based on the fact that when an electric current passes through a tungsten filament, it becomes incandescent by the 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) Where:

W la potencia radiada por unidad de superficie. W is 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 constant of proportionality characteristic of each material. For the case of the tungsten filament σ = 5.670 · 10-8 (Wm-2K-4).

T la temperatura del filamento. T is the temperature of the filament.

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 power emitted by a black body is not distributed uniformly in all wavelengths but rather follows a curve as a function of wavelength, according to equation (2) - wavelength dependent light emission factor- , and equation (3) -emission of light in a band of wavelengths-.

15 x 3 hc 15 x 3 hc

F =π 4 ∫abx dx donde x = e −1 λKT (2) F = π 4 ∫abx dx where x = e −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, only surpassed by graphite, but it has a lower boiling point.

Para la temperatura con la que pueden operar con relativa seguridad las For the temperature at which they can operate with relative safety, the

lámparas actuales de 2400oK, la distribución de potencia radiada en la banda de luz visible apenas llega al 5%. La zona visible está comprendida normalmente entre la longitud de onda current 2400oK lamps, the radiated power distribution in the visible light band barely reaches 5%. 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}! AC) 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 CA) 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 from an incandescent filament at 24,000 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, a very small value compared to the 683 lumens per watt that they could achieve. Only 1% of the power consumed is seen as light by the human eye, the rest of the power is converted into losses; approximately 75% by emission in the infrared, by emission in the ultraviolet band 2%, by heat losses by conduction or convection 21% and 2% by opacity of the glass 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 with higher 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 due to their low manufacturing cost, their versatility of powers, sizes and shapes and above all also because of their continuous light emission throughout the spectrum, are still necessary for many applications,

y serían más necesarias si se mejorara su eficiencia. and they would be more necessary if their 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 raised, but this quickly decreases its life time and also the number of possible on and off operations, due to the fact that 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 soon ends up breaking. However, these lamps are used in theater lighting or cinematography where a very bright light source is needed.

Las lámparas están formadas por una ampolla de vidrio que contiene el The lamps are made up of a glass vial containing the

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. tungsten filament, its interior is filled with an inert gas, such as argon or others, to minimize the evaporation of the filament. One way to increase performance is to vacuum it to avoid loss of conduction and convection, but this is at the cost of reducing life. The temperature that the filament can withstand depends on its thickness and length, and can vary between 24000 K for lamps with powers below 20w and 26000 K for lamps above 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 a halogen gas such as iodine into the glass ampoule in contact with the filament, which is capable of recovering the evaporated tungsten, through a chemical reaction that oxidizes the evaporated metal and reduces it again on the filament. incandescent. These lamps are halogen lamps that, through this procedure, can increase the temperature of the filament to 2884 ° K, thus doubling its efficiency to between 16 and 25Im / w. At the same time they triple the life time up to 3000 hours, achieving less 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 function properly, it needs a filament with a larger diameter than that of ordinary incandescent lamps, which is why the initial halogen lamps operated at a low voltage, 12V. To have halogen lamps connected to the 230V network, you need the use of transformers, which are expensive, heavy, bulky, consume energy by heating and often make a noise in the form of a 50Hz hum.

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 connected directly to the 230V alternating network, but as 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, they are only 30% more efficient than ordinary ones in the best of cases.

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 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 bulb that contains it, where the oxidation of the tungsten takes place. This has two negative consequences. The first is that the ampoule becomes very hot, the temperature rises above 1000 degrees and it cannot be made of glass but rather quartz glass that has a higher melting point. The second is that

perdidas por conducción y convección del calor que se genera en la ampolla de losses due to conduction and convection of the heat generated in the

cuarzo. quartz.

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 allow the electrical voltage to be reduced from 230V AC to 6V AC, they take up little volume, are very light and inexpensive. These transformers can be integrated into an ordinary E-27 or E-19 bulb socket and thus be able to replace the lamp filament with a shorter and thicker one inside a small quartz bulb in the shape of a 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 make transformers that exceed 30W of power to include them within the E-27 socket or 20W for the E-19 sockets. Therefore, their lamps cannot manage to deliver the light of a normal 75W or 100W bulb. The Philips device does not have sufficient operating stability and the lamps sometimes flicker strongly.

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 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 withstand the increase in temperature and is destroyed, so Philips has had to withdraw these lamps from the market. The transparent ampoule range that is still marketed during the tests carried out in different situations, when the lamp works continuously, the high accumulated temperature causes the transformer to burn out in less than 40 hours of operation. However, they are still a good option for short startup times, as is often the general use case.

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 short 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 product 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 that is the object of the invention is a high-efficiency incandescent lamp, a manufacturing process for the same and a power control device for the lamp, which is a low-cost device that can be integrated into standard E lamp sockets. -27 and E-19 And that far 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 life of the filament from 1000 to 3000 hours, and the number of maneuvers that can be performed is tens of times greater than ordinary lamps. It is a low-cost device that exceeds the Philips 30W limit, while considerably reducing 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 twice, and with three times 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 give 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 filament of the lamp, said power control device having an impedance ZG with a substantially inductive and / or capacitive combined behavior to reduce the instantaneous power received by the filament during the lamp lighting operation and control the power received by the filament during its 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 impedance value 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 modulus 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 The power control device can comprise two metal foils

paralelas separadas por un aislante, en el que los contactos eléctricos están en los extremos opuestos de las láminas para provocar un efecto inductivo. Parallels separated by an insulator, in which the electrical contacts are at opposite ends of the foils 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 can comprise a roller plate capacitor forming a self-induction, so that the capacitive effect is counteracted by the inductive one 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 is preferably 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. Another object of the present invention is a method of manufacturing a high-efficiency incandescent lamp with a specific 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 in length, said power control device having an impedance ZG with substantially combined behavior. inductive and / or capacitive to reduce the instantaneous power received by the filament during the operation of 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 improving efficiency in incandescent lamps, which is configured to be installed in series with the filament of an incandescent lamp. The power control device has an impedance ZG 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 its 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 impedance value 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 for 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 modulus is substantially identical to the resistance value RL of the hot filament of the lamp for which its installation is intended.

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 foils separated by an insulator, in which the electrical contacts are at opposite ends of the foils to cause an inductive effect.

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 that is presented as a non-limiting example of this, will now be described very briefly.

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 band 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 perception curve of light visible to 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 a temperature of 2884ºK. The shaded band 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 temperature of the filament 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 an operating diagram 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 to establish 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 that the filament of a 60w bulb receives, with and without the power control device that is the 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 lag.

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

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

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

control de potencia. power control.

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 schematically represent 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 diagram 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 24000 K lamps, the radiated power distribution 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 a 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 destruction by temperature of the filament of an incandescent lamp, which 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, their filament will be long and thin to be able to increase its electrical resistance, so it is observed that often the slightest deterioration or imperfection of the filament of a light bulb causes that during the ignition maneuver the power is concentrated on it and volatilizes 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 operating at 230V alternating current has a resistance when hot at a temperature of 25,500 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 The cold resistance of the same filament, at 300oK, is 13.5 times lower. The

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. Equation (6) shows the growth of the 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 + o (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 low resistance at room temperature (i.e. cold) means that the instantaneous current is 13.5 times greater than the nominal during power-up, with some points of the filament supporting instantaneous powers 180 times greater than the nominal ones. 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 by instantaneous excess power, since the heating in the filament is not uniform and in some areas the temperature rises much higher. of the nominal temperature and close to the melting temperature of tungsten, therefore during some maneuver the filament may melt and break at the weakest part. Figures 4A and 48 show, respectively, a graph of the instantaneous power applied to the filament of an incandescent lamp and the evolution of the temperature of the filament (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, ordinary incandescent lamps usually operate at a temperature between 24000 K and 26000 K, varying depending on the power, but in any case, 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. For this they must raise the temperature of the filament to 2884 ° K. This is only possible if the filament has a certain robustness, in addition to being thick, which greatly reduces its electrical resistance and then it can only be supplied with small voltages in lamps between 20W and 100W. Halogen lamps that use direct mains voltages must have powers greater than 100W or they must work at lower temperatures and lower efficiency of the order of 15Im / w.

La presente invención propone diferentes dispositivos capaces de evitar que la The present invention proposes different devices capable of preventing the

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. instantaneous power on power-up is too great to destroy the device. Most of the devices made with good results are power electronic circuits that allow the light to be switched on and also softly switched off, simulating the inertia of a more robust filament and thus reducing the risk of destruction of the filament during ignition. . These circuits increase the nominal power of the lamp and achieve higher filament temperatures, easily reaching 29200 K and thus improving efficiency up to 19.8Im / w. It has even been possible to operate with filament temperatures of 3120oK, obtaining efficiencies of 26.5Im / w. During experimentation, temperatures of 3460oK have been successfully tested, achieving efficiencies of 40Im / w, which doubles the efficiency of current halogens and quadruple that of ordinary lamps. However, with this high filament temperature, a rapid blackening of the glass is noticed.

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 such an efficient ignition system is that it is simple, robust, low cost, small in size, with little weight and can be integrated into classic lamps and is compatible with current ignition systems. To achieve this, a device has been designed that is interposed in series between the mains voltage and the lamp filament, regulating the ignition, it behaves like an equivalent Tevening generator of voltage Eg and impedance ZG. For this Tevening generator to deliver the maximum possible power to the filament, its impedance must be adapted to the value of the hot electrical resistance of the lamp filament. So that there are no power losses in the power control device 1, the impedance has a combined behavior that is purely inductive and capacitive, not resistive; hence it can be referred to as Le control device. In Figure 5 a diagram of the operation of the system is shown, a lamp power diagram in which ZG represents an impedance only capacitive and inductive, not resistive so that there are no losses due to the Joule effect. RL represents the resistance of filament 2 of an incandescent lamp, and Eg the voltage source, 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 that 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)

1: 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 previous expression is derived and set equal to zero, as shown in equation (11), condition of maximum power delivered to a filament 2. Equation (12) shows the electrical resistance adaptation of filament 2 to an LC impedance.

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 there to be impedance matching and therefore maximum power transmission, with power under control, the resistance value RL of the hot filament 2 of the lamp must be equal to the modulus of the impedance of the power control device 1. It is important to note that even if this condition were not met, the lamp thus 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. efficient will be the lamp.

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 control device 15 of power 1 is only inductive, the maximum power delivered as a function of said only inductive 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 only capacitive impedance is 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 reaching 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, if it is required to limit large powers, e.g. hundreds of watts, the inductive effect will predominate, while if it is necessary to limit small powers, e.g. low watt units, 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 ordinary incandescent lamps, the powers are between 20W and 100W, so it will be necessary to use a device that presents both effects simultaneously.

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 function correctly if the power control device 1 had only inductive effect or 15 only capacitive. It happens that to achieve the inductive effect for small powers, coils with many turns and with a fine wire that carry ohmic resistances are needed. On the contrary, to use a capacitive only effect at medium powers, capacitors of more 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 is no resistive loss to the passage of electric current. The foundation 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 means of the adaptation method

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 of powers (see equation (12)). For this, the filament 2 of a lamp with an ohmic value RF (see Figure 6a) is replaced by a combination of an impedance ZG from the power control device 1 and a new filament with a resistance value RL. The ohmic value of RF is distributed, half in the power control device 1 (with impedance ZG) 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 resistance RL 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 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 pre-established hot resistance value of RL = 441Ω, since this value is where the maximum power is transmitted corresponding to a temperature of the new 2550ºK 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 unprotected filament of the power control device 1, if the resistance value is less than expected, the received power will increase and the life of the filament will be shortened or it will melt. If what happens is that the resistance value is higher than expected, the received power will decrease inversely 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 predetermined 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, establishing the maximum just at 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 In a lamp without the power control device 1, when its filament 2 is turned on, it goes through different temperatures and different resistances until it reaches the working temperature. This causes that the instantaneous power at the start is tens of times greater than the working one 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 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 highly variable, the power being initially up to

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. 15 times higher than nominal, unevenly distributed throughout the filament. This effect puts the life of filament 2 at risk. On the contrary, with the power control device 1 the power delivered to filament 2 is almost constant with temperature, making the heating of the filament smooth and very safe and the power is evenly distributed. This is because a voltage divider is formed between the power control device 1 and the filament 2 of the lamp. For this reason, when filament 2 is cold, the impedance of the device, which is constant 441 O, is very large compared to 650 of the filament, therefore all the voltage drops in power control device 1, little by little the filament warms up. and as it does so, its resistance increases until it reaches 4410. At that moment the voltage is distributed between both, making 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 lag, that is, the voltage drop recorded at the power control device 1 and the voltage drop across the filament as it warms up. In filament 2 the tension undergoes a growth

exponencial desde los O voltios hasta .Ji1 (= 0,7) veces la tensión de red. exponential from 0 volts to .Ji1 (= 0.7) times the mains 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 voltage to the filament, causes a slight delay in the ignition of only 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 glance is that filament 2 only drops 0.7 times the 230V mains voltage, so the resistance of the filament can be half of that which would correspond to a lamp of equal power connected directly to net and allows the filament to change its aspect ratio, being able to be half as long, or be thicker or a little shorter and a little thicker, thus improving its width over length ratio that will configure 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. Figure 9 shows the ignition process (ignition delay) of a light bulb with and without a power control system 1; in particular, a comparative graph of the ignition time of a bulb directly connected to the 50ms network and another connected to the slow ignition power control device 1 200ms. Without the power control system 1 the ignition is very fast, the filament heats up 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 such sudden expansions of the filament from occurring on the one hand and, on the other hand, avoids the risk of breakage, allowing the entire filament to heat up equally and uniformly.

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 that incorporate 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 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 stress due to 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 ignition, the power control device 1 behaves like a constant current generator, which makes the distribution of power throughout the filament homogeneous, avoiding specific 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. As the power control device 1 is a passive component manufactured by a combination of inductances and capacitances with negligible resistance, there are no energy losses in heat as occurs 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 it is applied to halogen lamps connected directly to the network, since as the working temperature is higher, the instantaneous power is also higher, thus that the power control device 1 protects the lamp during ignition but also the filament can be thicker and shorter, it makes it more robust and also favors the oxidation-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 rises, it is necessary to change the glass bulb for a quartz one, which better withstands 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, The following can be applied to ordinary incandescent lamps, however, as the final intention is to raise the temperature of the filament,

se considera más recomendable aplicarlo directamente sobre las lámparas halógenas, it is considered more advisable to apply it directly on halogen lamps,

porque éstas llevan un sistema de recuperación del filamento muy eficaz. because they have a very efficient 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-wattage, low-wattage halogen lamp can safely maintain a filament temperature of up to 2884 ° K, as in 12V car headlight lamps, as the filaments are very short and very thick. and that aspect ratio makes them have a lot of thermal inertia, protecting them against on and off maneuvers; However, low power halogen lamps between 10 and 1 OW connected directly to the network require that the electrical resistance of their filament 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 the efficiency between 12 and 18 Im / w, depending on the power, which is only a 30% improvement compared to 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% is in the visible band. However, by Wien's displacement law, it causes the subjective luminous efficiency of the human eye to rise from the 101 / w band 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 temperature of the filament rose to only 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 fluorescent lamps or 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 represents 10.8% of the total power, however the performance 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 put is at the melting temperature of tungsten of 3695 ° K, 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 us 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 however represents 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 / w or even 120 Im / w, as in the case of sodium lamps, the device presented here is very interesting already that, as will be explained later, all are lamps that increase their efficiency so much they do so 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 plaster has its drawbacks 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 low 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 to delay the ignition, by means of a gentle heating, which allows the heat generated to be distributed evenly throughout the filament, preventing hot spots from forming in the filament and thus avoiding 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, the 600 lumens must be provided at a filament temperature of 3170oK. From the performance of the lamp, it can be calculated that the new radiated power, which is 21.2 W, according to equation (17) -power consumed by a 600-lumen 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 electrical 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) - electrical resistance in hot of a lamp of 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 25.8w lamp at 230V -:

R01 =R/(1 +o(T-To)+I3(T-TO)2)=187 ,50 (19) R01 = R / (1 + o (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 control device 1 at a temperature of 31700 K is 10250, as shown in equation (20) hot electrical resistance of a 25.8w lamp at 230V adapted with 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 25.8w lamp at 230V adapted with the power control device 1-:

R02=R/(1 +o(T-To)+I3(T-TO)2)=58.60 R02 = R / (1 + o (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 what its 5 equivalent in watts would have 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 That is why the shape of the filament, its emission area, its section and its diameter will vary significantly if it is assumed cylindrical; in short, it changes its aspect ratio, becoming more robust, since it has the same power radiating, 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, requires a smaller 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.

15 215 2

A1=W/cr-rt m2=21 ,2/(5.68x1 0-8 25504)=8,83x1 0-6 m(23) A1 = W / cr-rt m2 = 21.2 / (5.68x1 0-8 25504) = 8.83x1 0-6 m (23)

(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 assuming they have a cylinder shape with section S and length L, the calculation of the 20 equations (25) -area of a circular section-, (26) -side surface is used of a cylinder-y

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

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

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

1t .r 1t .r

Siendo p=5.65x10-8 Om-1. Where 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 superficie del semidiámetro, ecuación (29): Solving the system of equations, we obtain the radius r of a lamp filament as a function of its light-emitting surface and its electrical resistance when cold, equation (28), and the length L of a lamp filament as a function of its surface of the semi-diameter, equation (29):

(28)(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 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. Since the radiation area A of the filament depends linearly with the power and the inversely proportional electrical resistance R, from the previous formulas (28) and (29) respectively it can be deduced that for the same type of lamp the length and the section of the Filament grow with power, for that reason the highest wattage lamps have the most robust filaments. However, for small powers the filaments are weaker, they have to work at lower temperatures, reducing their efficiency, unless the power control device 1 is introduced, which allows the temperature to stabilize during power-up.

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): Comparing the two types of lamps with and without control device 1 and solving for (A1, Ro1), equations (30) and (31), the radius r1 and length L1 of the filament are obtained for (A1, Ro1 ). In the same way, particularizing for (A2, R02), equations (32) and (33), the radius r2 and length L2 of the filament are obtained for (A2, Ro2):

5 (30) 5 (30)

=3 = 3

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

A (31 )A (31)

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

21t.r1 21t.r1

8(32) 8 (32)

5,65x10-3,7x10--{) =5.7 m 21t 2 58.6 11 5.65x10-3.7x10 - {) = 5.7 m 21t 2 58.6 11

A (33)A (33)

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

Se aprecia que la longitud del filamento L2 cuando se utiliza el dispositivo de It is appreciated that the length of the filament L2 when using the device of

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. power control 1, is 2.7 times less than that of a conventional lamp of the same power and the section of the filament 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 function correctly, its power control device 1 must have an impedance equal to that of the filament at the temperature of 31700 K (ZG = 1025Q).

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 low as possible so that the device is very small. There are infinite combinations that satisfy 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 means of two parallel metal sheets (10,11) separated by an insulator, analogous to a current capacitor, but in which the electrical contacts are at the ends opposites of the sheets, to cause an inductive effect, as shown in Figures 12A and 128. In a conventional capacitor (Figure 12A) the electrical charges have to make only a small path to get through the device, instead in the power control device 1, LC device (Figure 12B), the charges have to travel further 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 face in a current capacitor circulate 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 diagram of a possible embodiment of the power control device 1. It is about building a condenser with parallel plates wound forming a self-induction, so that the capacitive effect is partially counteracted by the inductive one in order to decrease the impedance ZG 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 one. The control device thus created does not consist of a single e and a single L, but is rather a series and parallel combination of infinite differentials of and infinite differentials dL, with which the electrical result of all this is a joint impedance ZG much less than that which the device manufactured by the combination of L and e would have conventionally. In this way, the formation of a self-induction has been forced, which allows the impedance of the assembly to be reduced by 30% to that of the equivalent capacitor of the same size. Therefore, the power control device 1 in terms of power delivery to the lamp behaves for impedance purposes as if it were a capacitor with a higher capacity e '= 1.3e. Equation (34) shows the delivered power 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 IJF equivalents

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 smaller 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 better behavior during the ignition transient, since its inductive effect softens the initial current even more, 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, 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 luminosity 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 manufacturing it is possible to integrate it inside the E27 socket of the lamps

clásicas. classical.

Un caso interesante de esta tecnología para la fabricación de las lámparas con An interesting case of this technology for the manufacture of lamps with

este dispositivo de control de potencia 1 incorporado es que el diámetro del filamento this built-in 1 power control device is that the diameter of the filament

sea el mismo que el de la lámpara clásica equivalente en potencia. is the same as that of the equivalent classical lamp in power.

El valor de la resistencia en caliente se puede expresar con la aproximación The value of the hot resistance can be expressed with the approximation

mostrada en la ecuación (35), relación entre la resistencia en frío y la resistencia en shown in equation (35), relationship between cold resistance and resistance in

caliente de un filamento y en función de la potencia y tensión aplicada: hot of a filament and depending on the power and applied voltage:

(35) (35)

Siendo R la resistencia del filamento 2 a la temperatura de funcionamiento, P la 10 potencia de la lámpara y V la tensión de alimentación. Where R is the resistance of filament 2 at operating temperature, P is the power of the lamp and V is the supply voltage.

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 The temperature reached by the filament is forced by the control device 1 until the modulus of ZG and RL are equal. However, it is important that this temperature be as close as possible to 3169 ° K, to deliver the maximum possible radiative efficiency with tungsten filaments. At a lower temperature, the efficiency decreases 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< 15 at higher temperatures the life of the lamp is shortened. In this case, it is necessary that the value of the resistance of the filament at room temperature is a specific value Ro, which is obtained from equation (35). Tolerance is small 0.95Ro <

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: IZgl <1.05Ro. Substituting this value in equation (28) above, the following equation (36) is obtained, the radius r of filament 2 of a lamp as a function of the power, voltage and temperature of the filament:

TI )1,2IT) 1.2

((

p %aT4 3 p% aT4 3

p2 1300 p2 1300

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

r= r =

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

(36)(36)

(~ oor

Ya que para el tungsteno el valor número de a=p=5.670·1 0-8 Since for tungsten the number value of a = p = 5.670 · 1 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 seen that the diameter of filament 2 of a lamp increases with power and decreases with applied voltage. For two 25 lamps of equal power and equal voltage, one of them with the power control device 1 and the other without it, the relationship between their 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 the radius r1 of another filament of the same 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 calculating the 5 radius of the lamp filament with power control device 1 the voltage that

le llega es V/--.)2. reaches it 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 to preserve the diameter of the filament of the two lamps, the temperature with the power control device 1 must increase 1.28 times, for example going from 25000 K to 3200oK, which coincides with the case presented. 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. The length of the filament is found to be 2.68 times longer 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 line, 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, while maintaining its diameter.

Claims

1. 1.: 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. Power control device to improve efficiency in incandescent lamps, for its installation in series with the filament (2) of an incandescent lamp, characterized in that it has an impedance ZG with a substantially inductive and / or capacitive combined 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.

2. 2.: Dispositivo de control de potencia según la reivindicación 1, caracterizado 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 according to claim 1, characterized in that the impedance value ZG of the power control device (1) is determined as a function of the electrical resistance value RL of the hot filament (2) from the lamp to the that its installation is destined.

3. 3.: Dispositivo de control de potencia según la reivindicación 2, 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 2, characterized in that the impedance ZG of the power control device (1) is such that the value of its modulus is substantially identical to the resistance value RL of the hot filament (2) of the lamp for which its installation is intended.

4. Four.: 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.

5. 5.: 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.

6. 6.: 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 by the inductive one to reduce the impedance of the assembly.

7. 7.: Lámpara incandescente de alta eficiencia, caracterizado por que incorpora el dispositivo de control de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, 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 of claims 1 to 6, in series with the filament (2) of the lamp.

Incandescent lamp according to claim 7, characterized in that it is a halogen lamp.

9. Incandescent lamp according to any of claims 7 to 8, of a given power P, characterized in that the filament (2) has the same

10 thickness than the filament of a conventional incandescent lamp of equal power P, but shorter in length.

10. Use of the power control device according to any one of claims 1 to 6 for the manufacture of an incandescent lamp of high

15 efficiency, of a given power P, from a conventional incandescent lamp, characterized in that it comprises incorporating the power control device (1) in series with the filament (2) of the lamp of the same thickness as a conventional incandescent lamp of equal power P but shorter in length.

Fig. 13

Fig. 14