Nykyaikaiset korkeapaineiset natriumlamput

Korkeapaineiset natriumlamput (HPL) ovat yksi tehokkaimmista valonlähteistä ja niiden valoteho on jo nykyään jopa 160 lm / W tehoilla 30 - 1000 W, niiden käyttöikä voi olla yli 25 000 tuntia. Valon rungon pieni koko ja korkeapainenatriumlamppujen korkea kirkkaus laajentavat merkittävästi niiden käyttömahdollisuuksia erilaisissa valaistuslaitteissa, joissa valon jakautuminen on keskittynyt.

Tyypillisesti korkeapaineiset natriumlamput toimivat induktiivisella tai elektronisella liitäntälaitteella. Korkeapaineiset natriumlamput sytytetään erityisillä sytyttimillä, jotka lähettävät jopa 6 kV pulsseja. Lamppujen syttymisaika on yleensä 3-5 minuuttia.

Nykyaikaisten suurpainenatriumlamppujen etuja ovat suhteellisen pieni valovirran pudotus käyttöiän aikana, mikä esimerkiksi lampuilla, joiden teho on 400 W, on 10-20 % 15 tuhannessa tunnissa 10 tunnin palaessa. sykli. Lampuissa, jotka toimivat useammin, valovirran pudotus kasvaa noin 25 % jokaista jakson kaksinkertaistamista kohden.Sama suhde pätee käyttöiän lyhenemisen laskemiseen.

On yleisesti hyväksyttyä, että näitä lamppuja käytetään, kun taloudellisuus on tärkeämpää kuin tarkka värintoisto. Niiden lämmin keltainen valo soveltuu varsin hyvin puistojen, kauppakeskusten, teiden valaisemiseen ja joissain tapauksissa myös koristeelliseen arkkitehtoniseen valaistukseen (Moskova on tästä erinomainen esimerkki). Näiden valonlähteiden kehitys viimeisen vuosikymmenen aikana on johtanut niiden käyttömahdollisuuksien dramaattiseen laajentumiseen uusien tehotyyppien sekä pienitehoisten lamppujen ja parannetun värintoiston ansiosta.

1. Korkeapaineiset natriumlamput, joissa on parannettu värintoisto

Korkeapaineiset natriumlamput ovat tällä hetkellä tehokkain valonlähteiden ryhmä. Tavallisilla suurpainenatriumlampuilla on kuitenkin useita haittoja, joista ensinnäkin on huomioitava selvästi huonontuneet värintoisto-ominaisuudet, joille on ominaista alhainen värintoistoindeksi (Ra = 25–28) ja alhainen väri. lämpötila (Ttsv = 2000 - 2200 K).

Laajentuneet natriumresonanssiviivat aiheuttavat kullankeltaisen emission. Korkeapaineisten natriumlamppujen värintoistoa pidetään tyydyttävänä ulkovalaistukseen, mutta riittämättömäksi sisävalaistukseen.

Korkeapaineisten natriumlamppujen väritehokkuuden paraneminen johtuu pääasiassa natriumhöyrynpaineen noususta polttimessa kylmävyöhykkeen lämpötilan tai amalgaamin natriumpitoisuuden noustessa.(amalgaami - nestemäinen, puolinestemäinen tai karbidimetalli, jossa on elohopeaa), pakoputken halkaisijan lisääminen, säteilevien lisäaineiden lisääminen, fosforin ja interferenssin pinnoittaminen ulkokuoreen ja lamppujen syöttäminen suurtaajuisella pulssivirralla. Valovirran vähenemistä kompensoi ksenonpaineen nousu (eli plasman johtavuuden väheneminen).

Monet asiantuntijat työskentelevät ongelman parissa korkeapaineisten natriumlamppujen säteilyn spektrikoostumuksen parantamiseksi, ja useat ulkomaiset yritykset valmistavat jo korkealaatuisia lamppuja, joissa on parannetut väriparametrit. Joten johtavien yritysten nimikkeistössä, kuten esim. General Electric, Osram, Philips tarjoaa laajan valikoiman natriumlamppuja, joilla on parannetut värintoisto-ominaisuudet.

Tällaisilla lampuilla, joiden yleinen värintoistoindeksi on Ra = 50–70, on 25 % pienempi valotehokkuus ja puolet käyttöikä verrattuna standardiversioihin. On syytä huomata, että korkeapaineisten natriumlamppujen pääparametrit ovat melko tärkeitä syöttöjännitteen muutoksille. Joten, kun syöttöjännite laskee 5-10%, teho, valovirta, Ra menettää 5 - 30% nimellisarvoistaan, ja kun jännite nousee, käyttöikä laskee jyrkästi.

Yritykset löytää taloudellinen analogi hehkulampulle johtivat uuden sukupolven natriumlamppujen luomiseen. Viime aikoina on ilmestynyt pienitehoisten natriumlamppujen perhe parannetulla värintoistolla. Philips esitteli sarjan 35-100 W SDW-lamppuja, joiden Ra = 80 ja emissiokroma on lähellä hehkulamppujen vastaavaa. Lampun valotehokkuus on 39 - 49 lm / W ja lamppujärjestelmän - liitäntälaite 32 - 41 lm / W.Tällaista lamppua voidaan käyttää menestyksekkäästi koristeellisten valoaksenttien luomiseen julkisilla paikoilla.

° OSRAM COLORSTAR DSX -lamppusarja yhdessä POWERTRONIC PT DSX elektronisen ohjausyksikön kanssa on täysin uusi valaistusjärjestelmä, joka mahdollistaa värilämpötilan muuttamisen samaa lamppua käyttämällä. Värilämpötilan muuttaminen 2600:sta 3000 K:iin ja takaisin tapahtuu elektronisella liitäntälaitteella, jossa on erikoiskytkin. Näin vitriineihin näytteille voidaan luoda valoisa sisustus vuorokaudenajan tai vuodenajan mukaan. Tämän sarjan lamput ovat ympäristöystävällisiä, koska ne eivät sisällä elohopeaa. Tällaisista sarjoista tehdyn valaistusasennuksen hinta on 5-6 kertaa korkeampi kuin hehkulamppujen halogeenilamput.

COLORSTAR DSX -järjestelmän modifioitu versio, COLORSTAR DSX2, on kehitetty ulkovalaistukseen. Yhdessä erityisen liitäntälaitteen kanssa järjestelmän valovirta voidaan vähentää 50 prosenttiin nimellisarvosta. Tämä lamppusarja ei myöskään sisällä elohopeaa.

Pienitehoiset korkeapaineiset natriumlamput

Tällä hetkellä valmistetuista suurpainenatriumlampuista suurin osuus on lampuilla, joiden teho on 250 ja 400 wattia. Näillä tehoilla lamppujen hyötysuhde katsotaan maksimaaliseksi. Viime aikoina kiinnostus pienitehoisia natriumlamppuja kohtaan on kuitenkin lisääntynyt merkittävästi, koska halutaan säästää sähköä korvaamalla hehkulamput pienitehoisilla purkauslampuilla sisävalaistuksessa.

Ulkomaisten yritysten saavuttama korkeapainenatriumlamppujen vähimmäisteho on 30-35 W.Poltavassa sijaitseva kaasupurkauslampputehdas hallitsee pienitehoisten natriumlamppujen tuotannon, joiden teho oli 70, 100 ja 150 W.

Vaikeudet pienitehoisten natriumlamppujen luomisessa liittyvät siirtymiseen pieniin purkausputkien virtoihin ja halkaisijoihin sekä elektrodialueiden suhteellisen pituuden lisääntymiseen verrattuna elektrodien väliseen etäisyyteen, mikä johtaa erittäin korkeaan lampun herkkyys syöttötavalle, pakoputken ja putkien suunnittelumittojen poikkeamille sekä materiaalien laadulle. Siksi pienitehoisten natriumlamppujen valmistuksessa nostetaan pakoputkikokoonpanojen geometristen mittojen toleranssien noudattamista, materiaalien puhtautta ja täyteelementtien annostelutarkkuutta koskevia vaatimuksia. Näiden taloudellisten ja pitkäikäisten valonlähteiden massatuotannon hallitsemiseksi on jo olemassa perustekniikoita.

OSRAM tarjoaa myös sarjan pienitehoisia lamppuja, jotka eivät vaadi sytytintä (polttimet sisältävät Penning-seosta). Niiden valotehokkuus on kuitenkin 14-15 % pienempi kuin tavallisilla lampuilla.

Yksi pulssisytyttimen tarpeettomien lamppujen eduista on kyky asentaa ne elohopealampuihin (muissa välttämättömissä olosuhteissa). Esimerkiksi NAV E 110 -lamppu, jonka valovirta on 8000 lm, on täysin vaihdettavissa DRL -125> -tyyppiseen elohopealamppuun, jonka nimellinen valovirta on 6000 - 6500 lm. Vastaavaa sisäistä kehitystä on käytetty maassamme pitkään. Tällä hetkellä esimerkiksi LISMA OJSC valmistaa DNaT 210- ja DNaT 360 -lamppuja, jotka on tarkoitettu DRL 250:n ja DRL 400:n suoriksi korvikkeiksi.

Elohopeaton NLVD

Viime vuosina monissa maissa on tehty merkittäviä ponnisteluja ympäristönsuojelun alalla. Yksi osa näistä pyrkimyksistä on vähentää tai välttää myrkyllisten raskasmetalliyhdisteiden (esim. elohopean) esiintymistä teollisissa lopputuotteissa. Siten elohopeaa sisältävät lääketieteelliset lämpömittarit korvataan vähitellen elohopeattomilla.

Sama suuntaus on laajalle levinnyt valonlähteiden valmistustekniikoiden alalla. 40 watin loistelampun elohopeapitoisuus on pudonnut 30 mg:sta 3 mg:aan. Korkeapaineisten natriumlamppujen tapauksessa tämä prosessi ei etene niin nopeasti, myös siksi, että elohopea lisää suuresti näiden valonlähteiden tehokkuutta, jotka tunnustetaan nykyään taloudellisimmiksi.

Olemassa olevilla ja kehitteillä olevilla elohopeattomilla lampuilla näyttää olevan valoisa tulevaisuus. Jo mainittu Osram COLORSTAR DSX -lamppusarja ei sisällä elohopeaa, mikä on yrityksen suuri saavutus. Nämä lamput yhdessä erityisten elektronisten liitäntälaitteiden kanssa ovat erikoiskäyttöisiä järjestelmiä, joissa tehokkuus ja yksinkertaisuus eivät ole tärkeintä.

Sylvanian elohopeavapaiden lamppujen sarja on ollut kuuluisa jo pitkään. Valmistaja kiinnittää erityistä huomiota parannettuihin värintoisto-ominaisuuksiin vertaamalla niitä oman tuotantonsa standardianalogeihin.

Ei niin kauan sitten julkaistiin Matsushita Electricin (Japani) insinöörien kehitystyö, joka on elohopeaton NLVD korkealla värintoistolla, joka ei vaadi erityistä pulssipainolastia.

Perinteisen lampun käyttöiän lopussa säteilyn väri muuttuu vaaleanpunaiseksi, mikä johtuu natriumin ja elohopean suhteen muutoksesta amalgaamissa.Tämä varjostin ei luo erityisen miellyttävää vaikutelmaa, toisin kuin testilampun kellertävä väri samoissa olosuhteissa. Värilämpötilan noustessa Ra nousee ensin maksimitasolle (T = 2500 K) ja laskee sitten.

Poikkeaman vähentämiseksi kehittäjät ovat muuttaneet ksenonpainetta ja polttimen sisähalkaisijaa. Pääteltiin, että poikkeama mustan kappaleen viivasta pienenee ksenonpaineen kasvaessa, mutta sytytysjännite kasvaa. 40 kPa:n paineessa sytytysjännite on noin 2000 V, vaikka otetaan huomioon sitä helpottavan piirin olemassaolo. Kun sisähalkaisija muuttuu 6:sta 6,8 mm:iin, poikkeama rungon mustasta viivasta pienenee, mutta valotehokkuus laskee, mikä ei ole hyväksyttävää käsillä olevaan tehtävään.

Elohopeavapaalla korkean Ra-arvon natriumlampulla on lähes samat ominaisuudet kuin sen elohopeaa sisältävällä lampulla. Elohopeavapaan lampun käyttöikä on 1,3 kertaa.

150 W korkeapainevalaisimet korkealla värintoistoindeksillä: a — elohopeaton, b — tavallinen versio.

Korkeapaineiset natriumlamput kahdella polttimella

Äskettäin useiden johtavien valmistajien sarjanäytteitä korkeapaineisista natriumlampuista, joissa on rinnankytketyt polttimet, viittaa siihen, että tämä suunta on lupaava, koska tällainen ratkaisu ei ainoastaan ​​lisää lamppujen käyttöikää merkittävästi, vaan myös poistaa monimutkaisuuden. välittömän uudelleensytytyksen, laajentaa mahdollisuuksia yhdistää polttimia, joilla on eri teho, spektrikoostumus jne.

Huolimatta ilmoitetusta vankasta käyttöiästä näiden lamppujen kestävyyskysymystä tulee lähestyä varoen.Tällaisen lampun käyttöikä vain kaksinkertaistuu, jos poltinlamput palavat jatkuvasti koko lampun käyttöiän ajan. Muuten resurssin lopussa toimiva poltin alkaa usein ohittaa osittain toisen (tätä ilmiötä kutsutaan joskus sähköiseksi "vuodoksi"; tässä tapauksessa sytytyspulssien jännite rikkoo ulkopolttimossa olevan kaasun ), ja siksi sen syttymisessä voi ilmetä vaikeuksia.

Korkeapaineiset natriumlamput korkeajännitesytyttimellä

Japanilaiset insinöörit (Toshiba Lighting & Technology tarjoavat heidän näkökulmastaan ​​optimaalisen ratkaisun edellä mainittujen ilmiöiden poistamiseen kahdella polttimella varustetussa lampussa. Lampun rakenne sisältää kaksi sytytysanturia, jotka varmistavat tietyn polttimen syttymisen, kun syötetään positiivisia tai negatiivisia pulsseja Tällaisten lamppujen liitäntälaitteet sisältävät kaksi käämiä Piiri on melko yksinkertainen ja edullinen. Tämän rakenteen ansiosta polttimen lamput syttyvät vuorotellen. Polttimien vuorotteleva sytytys varmistaa vähemmän "vanhenemista" polttimet ja lisää merkittävästi kokonaistyötä Saman yrityksen insinöörit tarjoavat lampun, jossa on sisäänrakennettu sytytin, joka ei vaadi monimutkaista ohjausjärjestelmää.

Jotkut korkeapaineisten natriumlamppujen kehityksen suuntaukset

Mihin suuntiin suunnittelijat ja tutkijat etsivät tehokkaita ratkaisuja suurpainenatriumlamppuihin? Vastataksemme tähän kysymykseen meidän on ensin tarkasteltava näiden lamppujen ilmeisiä haittoja, jotka liittyvät visuaaliseen mukavuuteen, yksinkertaisuuteen ja rakenteen välttämättömään sähköturvallisuuteen.Niistä voidaan erottaa useita päätekijöitä: huonot värintoisto-ominaisuudet, lisääntynyt valovirran pulsaatio, korkea sytytysjännite ja vielä enemmän - uudelleensytytys.

Korkean värintoiston omaavien lamppujen ominaisuuksien perusteella kehittäjät onnistuivat pääsemään lähelle optimaalista tälle valonlähderyhmälle. Taistelu säteilyn aaltoilua vastaan, joka saavuttaa 70-80 % korkeapaineisissa natriumlampuissa, suoritetaan yleensä yleisillä menetelmillä, kuten lamppujen kytkeminen verkon eri vaiheissa (asennuksissa, joissa on useita lamppuja) ja korkeataajuisen virran syöttäminen . Erityisten elektronisten liitäntälaitteiden käyttö käytännössä poistaa tämän ongelman.

Useimpien NLVD - PRA -sarjojen kanssa tällä hetkellä käytetyt pulssisytytyslaitteet (IZU) vaikeuttavat lamppujen toimintaa ja nostavat lamppu - PRA -sarjan kustannuksia. IZU-sytytyspulssit vaikuttavat negatiivisesti liitäntälaitteeseen ja lamppuun, näissä laitteissa on ennenaikaisia ​​​​vikoja. Siksi kehittäjät etsivät tapoja vähentää sytytysjännitettä, jonka avulla voit hylätä IZU: n.

Välittömän uudelleensytytyksen ongelma ratkaistaan ​​yleensä kahdella tavalla. Voidaan käyttää sytyttimiä, jotka lähettävät suurennetun amplitudin pulsseja, tai käyttää mainittua kaksipolttista lamppua, joka ei vaadi tällaisia ​​laitteita.

Natriumlamppujen käyttöikää pidetään pisimpään voimakkaiden valonlähteiden joukossa. Tällä alueella suunnittelijat haluavat kuitenkin saavuttaa parhaan.Tiedetään, että käyttöikä ja valovirran pudotus käytön aikana riippuvat nopeudesta, jolla natrium poistuu polttimesta. Natriumin vuoto purkauksesta johtaa amalgaamin koostumuksen rikastumiseen elohopealla ja lampun jännitteen nousuun (150-160 V), kunnes se sammuu. Tälle ongelmalle on omistettu paljon tutkimusta, kehitystä ja patentteja. Menestyneimmistä ratkaisuista on syytä mainita GE:n amalgaamiannostelija, jota käytetään sarjalampuissa. Annostelijan rakenne varmistaa tiukasti rajoitetun natriumamalgaamin virtauksen purkausputkessa koko lampun käyttöiän ajan, minkä seurauksena käyttöikä pitenee, putken päiden tummuminen vähenee ja valovirta säilyy. lähes vakio (jopa 90 % alkuperäisestä arvosta) .

Korkeapaineisten natriumlamppujen tutkimus ja parantaminen ei tietenkään ole vielä ohi, ja siksi meidän pitäisi odottaa uusia, mahdollisesti eksklusiivisia ratkaisuja näiden lupaavien valonlähteiden suuressa perheessä.

Käytetyt materiaalit kirjasta "Energian säästö valaistuksessa". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.