Съвременни натриеви лампи с високо налягане

Натриевите лампи с високо налягане (HPL) са един от най -ефективните източници на светлина и вече днес имат светлинна ефективност до 160 lm / W при мощности 30 — 1000 W, експлоатационният им живот може да надвишава 25 000 часа. Малкият размер на светещо тяло и високата яркост на натриевите лампи високо налягане значително разширяват възможностите за тяхното приложение в различни осветителни устройства с концентрирано разпределение на светлината.

Обикновено натриевите лампи с високо налягане работят с индуктивен или електронен баласт. Натриевите лампи с високо налягане се запалват с помощта на специални запалители, които излъчват импулси до 6 kV. Времето за осветяване на лампите обикновено е 3 до 5 минути.

Предимствата на съвременните натриеви лампи с високо налягане включват относително малък спад в светлинния поток по време на експлоатационния живот, който например за лампи с мощност 400 W е 10-20% за 15 хиляди часа при 10-часов цикъл на горене. При лампи, работещи по -често, спадът на светлинния поток се увеличава с приблизително 25% за всяко двукратно намаляване на цикъла. Същата връзка важи и за изчисляване на намаляването на експлоатационния живот.

Общоприето е, че тези лампи се използват там, ждИкономиката е по -важна от точното възпроизвеждане на цветовете. Тяхната топла жълта светлина е доста подходяща за осветяване на паркове, търговски центрове, пътища, а също и в някои случаи за декоративно архитектурно осветление (Москва е отличен пример за това). Развитието на тези източници на светлина през последното десетилетие доведе до драматично разширяване на възможностите за тяхното използване поради появата на ноизходни типове, както и лампи с ниска мощност и лампи с подобрено цветопредаване.

1. Натриеви лампи с високо налягане с подобрено цветопредаване

Натриевите лампи с високо налягане в момента са най -ефективната група източници на светлина. Стандартните натриеви лампи с високо налягане обаче имат редица недостатъци, от които на първо място е необходимо да се отбележат ясно влошени свойства на цветопредаване, характеризиращи се с нисък индекс на цветопредаване (Ra = 25 — 28) и нисък цвят температура (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Разширените натриеви резонансни линии причиняват златисто жълто излъчване. Цветното предаване на натриеви лампи с високо налягане се счита за задоволително за външно осветление, но недостатъчно за вътрешно осветление.

Подобряването на цветовото представяне на натриевите лампи с високо налягане се дължи главно на увеличаване на налягането на натриевите пари в горелката с повишаване на температурата на студената зона или съдържанието на натрий в амалгамата. (амалгама — течна, полутечна или карбиден метал с живак), увеличаване на диаметъра на изпускателната тръба, въвеждане на излъчващи добавки, нанасяне на фосфори и интерференционни покрития върху външната крушка и захранване на лампите с високочестотен импулсен ток. Намаляването на светлинния поток се компенсира с увеличаване на ксеноновото налягане (т.е. намаляване на плазмената проводимост).

Много специалисти работят по проблема за подобряване на спектралния състав на излъчването на натриеви лампи с високо налягане, а редица чуждестранни компании вече произвеждат висококачествени лампи с подобрени цветови параметри.Така че, в номенклатурата на такива водещи компании като General Electric, Osram, Philips има широка група натриеви лампи с подобрени свойства на цветопредаване.

Такива лампи с общ индекс на цветопредаване Ra = 50 — 70 имат 25% по -ниска светлинна ефективност и половин експлоатационен живот в сравнение със стандартните версии. Заслужава да се отбележи, че основните параметри на натриевите лампи с високо налягане са доста важни за промените в захранващото напрежение. Така че, с намаляване на захранващото напрежение с 5-10%, мощността, светлинният поток, Ра губят от 5 до 30% от номиналните си стойности, а когато напрежението се повиши, експлоатационният живот рязко спада.

Опитите да се намери икономичен аналог на лампа с нажежаема жичка доведоха до създаването на ново поколение натриеви лампи. Съвсем наскоро се появи семейство натриеви лампи с ниска мощност с подобрено цветопредаване. Philips представи серия от 35-100 W SDW лампи с Ra = 80 и цветността на излъчването е близка до тази на лампите с нажежаема жичка. Светлинната ефективност на лампата е 39 — 49 lm / W, а системата на лампата — баласт 32 — 41 lm / W. Такава лампа може успешно да се използва за създаване на декоративни светлинни акценти на обществени места.

° СГамата лампи OSRAM COLORSTAR DSX, заедно с електронното устройство за управление POWERTRONIC PT DSX, е напълно нова система за осветление, която позволява, с помощта на същата лампа, да променя цветовата температура. Промяната на цветовата температура от 2600 на 3000 K и обратно се извършва с помощта на електронен баласт със специален превключвател. Това ви позволява да създадете лек интериор за експонатите, изложени във витрини, съответстващи на времето на деня или сезона. Лампите от тази серия са екологично чисти, тъй като не съдържат живак. Цената на осветителна инсталация, изработена от такива комплекти, е 5-6 пъти по-висока от тази на лампи с халогенни лампи с нажежаема жичка.

За външно осветление е разработена модифицирана версия на системата COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2. Заедно със специален баласт светлинният поток на системата може да бъде намален до 50% от номиналната стойност. Тази серия лампи също не съдържа живак.

Натриеви лампи с ниска мощност с високо налягане

Сред произвежданите в момента натриеви лампи с високо налягане най-голям дял се пада на лампи с мощност 250 и 400 вата. При тези мощности ефективността на лампите се счита за максимална. Напоследък обаче се наблюдава значително увеличаване на интереса към натриеви лампи с ниска мощност поради желанието да се пести електроенергия при подмяна на лампи с нажежаема жичка с разрядни лампи с ниска мощност при вътрешно осветление.

Минималната мощност на натриевите лампи с високо налягане, постигната от чуждестранни фирми, е 30 — 35 W. Заводът за газоразрядни лампи в Полтава усвои производството на натриеви лампи с ниска мощност с мощност 70, 100 и 150 W.

Трудностите при създаването на натриеви лампи с ниска мощност са свързани с прехода към малки токове и диаметри на изпускателните тръби, както и с увеличаване на относителната дължина на областите на електродите в сравнение с разстоянието между електродите, което води към много висока чувствителност на лампата към режима на захранване, към отклонения в конструктивните размери на изпускателната тръба и тръбите и качеството на материалите. Следователно при производството на натриеви лампи с ниска мощност се повишават изискванията за спазване на допустимите отклонения за геометричните размери на комплектите на изпускателната тръба, за чистотата на материалите и точността на дозиране на пълнителните елементи. Вече съществуват основни технологии за овладяване на масовото производство на тези икономични, трайни източници на светлина.

OSRAM предлага и серия лампи с ниска мощност, които не изискват запалител (горелките съдържат смес на Penning). Светлинната им ефективност обаче е 14 — 15% по -ниска от тази на стандартните лампи.

Едно от предимствата на лампите, които не изискват импулсен запалител, е възможността да се монтират в лампи за живачни лампи (при други необходими условия). Например лампата NAV E 110 със светлинен поток от 8000 lm е доста взаимозаменяема с живачна лампа от тип DRL -125> с номинален светлинен поток от 6000 — 6500 lm. Подобни вътрешни разработки отдавна се използват у нас. В момента LISMA OJSC например произвежда лампи DNaT 210 и DNaT 360, предназначени за директна подмяна съответно на DRL 250 и DRL 400.

NLVD без живак

През последните години бяха направени забележими усилия в областта на опазването на околната среда в много страни. Една област на тези усилия е да се намали или избегне появата на токсични съединения на тежки метали (например живак) в промишлените готови продукти. По този начин медицинските термометри, съдържащи живак, постепенно се заменят с такива, които не съдържат живак.

Същата тенденция е широко разпространена в областта на технологиите за производство на източници на светлина. Съдържанието на живак в 40-ватова флуоресцентна лампа е спаднало от 30 mg на 3 mg. В случай на натриеви лампи с високо налягане, този процес не напредва толкова бързо, също и защото живакът значително увеличава ефективността на тези източници на светлина, които са признати за най-икономичните днес.

Съществуващите и в процес на развитие лампи без живак изглежда имат светло бъдеще. Споменатата вече серия лампи Osram COLORSTAR DSX не съдържа живак, което е голямо постижение на компанията. Тези лампи, заедно със специални електронни баласти, са системи със специално предназначение, където ефективността и простотата не са най-важният приоритет.

Серията от лампи без живак на Силвания от дълго време е известна. Производителят обръща специално внимание на подобрените свойства на цветопредаване, сравнявайки ги със стандартните аналози на собственото си производство.

Не толкова отдавна беше публикувана разработката на инженери от Matsushita Electric (Япония), която е NLVD без живак с високо цветопредаване, което не изисква специален импулсен баласт.

В края на експлоатационния живот на традиционна лампа, цветът на излъчването придобива розов оттенък, поради промяна в съотношението на натрий и живак в амалгамата. Този нюанс не създава особено приятно впечатление, за разлика от жълтеникавия цвят на тестовата лампа при същите условия. С увеличаване на цветната температура, Ra първо се увеличава до максимално ниво (при T = 2500 K), след това пада.

За да намалят отклонението, разработчиците са променили ксеноновото налягане и вътрешния диаметър на горелката. Беше направено заключението, че отклонението от линията на черното тяло намалява с увеличаване на ксеноновото налягане, но напрежението на запалване се увеличава. При налягане от 40 kPa напрежението на запалване е около 2000 V, дори като се вземе предвид наличието на верига, която да го улесни. Когато вътрешният диаметър се промени от 6 на 6,8 мм, отклонението от черната линия на тялото намалява, но светлинната ефективност намалява, което е неприемливо за изпълняваната задача.

Натриевата лампа с високо съдържание на Ra без живак има почти същите характеристики като нейния аналог, съдържащ живак. Лампата без живак има 1,3 пъти живота.

Осветителни лампи с високо налягане с мощност 150 W с висок индекс на цветопредаване: a — без живак, b — обичайната версия.

Натриеви лампи с високо налягане с две горелки

Неотдавнашната поява на серийни проби от натриеви лампи с високо налягане с горелки с паралелно свързване от редица водещи производители подсказва, че тази посока е обещаваща, тъй като подобно решение не само допринася за значително увеличаване на живота на лампата, но и премахва сложността на незабавно повторно запалване, разширява потенциала за комбиниране на горелки с различна мощност, спектрален състав и др.

Въпреки посочения солиден експлоатационен живот, въпросът за издръжливостта на тези лампи трябва да се подхожда с повишено внимание. Срокът на експлоатация на такава лампа наистина се удвоява само ако лампите на горелката светят последователно през целия живот на лампата. В противен случай в края на ресурса работещата горелка често започва частично да заобикаля втората (това явление понякога се нарича електрическо «изтичане»; в този случай разреденият газ във външната колба се пробива от напрежението на импулсите на запалването) и следователно може да възникнат трудности с неговото запалване.

Натриеви лампи с високо налягане с запалител за високо напрежение

Японските инженери (Toshiba Lighting & Technology предлагат оптимално, от тяхна гледна точка, решение за елиминиране на гореспоменатите явления в лампа с две горелки. Конструкцията на лампата съдържа две запалителни сонди, които осигуряват запалване на определена горелка, когато е положителна или отрицателна импулси се доставят. Баластите за такива лампи съдържат две намотки Веригата е доста проста и евтина. Поради тази конструкция лампите на горелката светват последователно. Редуващото се запалване на горелките осигурява по -малко «стареене» на горелките и значително увеличава общата работа Инженерите от една и съща компания предлагат лампа с вграден запалител, която не изисква сложна схема за управление.

Някои тенденции в развитието на натриеви лампи с високо налягане

В какви посоки дизайнерите и изследователите търсят ефективни решения за натриеви лампи с високо налягане? За да се отговори на този въпрос, първо трябва да се обърнем към очевидните недостатъци на тези лампи, свързани с визуалния комфорт, простотата и необходимата електрическа безопасност на конструкцията. Сред тях могат да се разграничат няколко основни: лоши свойства на цветопредаване, повишена пулсация на светлинния поток, високо напрежение на запалване и още повече — повторно запалване.

Съдейки по характеристиките на лампите с високи цветопредавания, разработчиците успяха да се доближат до оптималното за тази група източници на светлина. Борбата с пулсацията на радиация, която достига 70-80% в натриевите лампи с високо налягане, обикновено се провежда с помощта на общи методи, като например превключване на лампи в различни фази на мрежата (в инсталации с много лампи) и подаване на високо- честотен ток. Използването на специални електронни баласти на практика елиминира този проблем.

Устройствата за импулсно запалване (IZU), които в момента се използват с повечето комплекти NLVD — PRA, усложняват работата на лампите и увеличават цената на лампата — комплект PRA. Запалителните импулси на IZU влияят отрицателно на баласта и лампата, има преждевременни повреди на тези устройства. Следователно разработчиците търсят начини за намаляване на напрежението на запалване, което ви позволява да изоставите IZU.

Проблемът с осигуряването на незабавно повторно запалване обикновено се решава по два начина. Възможно е да се използват запалители, които излъчват импулси с повишена амплитуда, или да се използва споменатата лампа с две горелки, което не изисква такива устройства.

Срокът на експлоатация на натриевите лампи се счита за най -дълъг сред източниците на светлина с висока интензивност. Въпреки това, в тази област дизайнерите искат да постигнат най -доброто. Известно е, че експлоатационният живот и спадането на светлинния поток по време на работа зависят от скоростта, с която натрият напуска горелката. Изтичането на натрий от разряда води до обогатяване на състава на амалгамата с живак и увеличаване на напрежението на лампата до (150 — 160 V), докато тя изгасне. Много изследвания, разработки и патенти са посветени на този проблем. От най -успешните решения заслужава да се отбележи амалгаменият дозатор от GE, използван в серийни лампи. Дизайнът на дозатора осигурява строго ограничен поток на натриева амалгама в изпускателната тръба през целия живот на лампата.В резултат на това експлоатационният живот се увеличава, потъмняването на краищата на тръбата се намалява, а светлинният поток остава почти постоянен (до 90% от първоначалната стойност).

Разбира се, изследванията и усъвършенстването на натриевите лампи с високо налягане все още не са приключили и затова трябва да очакваме нови, вероятно изключителни решения в голямо семейство от тези обещаващи източници на светлина.

Използвани материали от книгата «Енергоспестяване при осветление». Ed. проф. Ю. Б. Айзенберг.