Сравнительная характеристика газоразрядных ламп высокого давления при высокочастотной накачки Na
Введение
Источник искусственного оптического излучения - это устройство, которое преобразует энергию любого типа в энергию электромагнитного излучения. Появление оптического излучения связано с изменениями энергетических состояний валентных электронов, составляющих излучающее тело.
По своей физической природе оптическое излучение делится на тепловое излучение и люминесценцию. Основой эффекта теплового излучения является излучение энергии, которое передается организму с небольшим количеством тепла. При использовании люминесцентных источников света существуют различные варианты преобразования определенных типов энергии непосредственно в оптическое излучение. Газоразрядные источники света заменяют лампы накаливания каждый год.
Газоразрядные источники света предлагают множество экономичных и энергоэффективных ламп с выдающимися характеристиками и надежностью. Ассортимент включает в себя четыре основные группы ламп - металлогалогенные, натриевые и ртутные лампы высокого давления, а также натриевые лампы низкого давления, которые используются для различных целей внутреннего и наружного освещения. Сочетание мощности и длительного срока службы делает газоразрядные лампы предпочтительными для наружного и уличного освещения.
Ртутные лампы высокого давления характеризуются белым светом, проверенной технологией, надежностью и простотой использования. Натриевые лампы высокого давления сочетают исключительную эффективность с очень долгим сроком службы.
В зависимости от применения газоразрядной лампы существуют различные требования к цветовой температуре и цветопередаче. Газоразрядные лампы прошли долгий, инновационный путь: от натриевых ламп низкого давления с низкой цветопередачей и невероятно высокой светоотдачей до ртутных ламп высокого давления с белым светом и натриевых ламп высокого давления с хорошо известным желтым светом. Однако в последнее время металлогалогенные лампы с керамическими горелками стали предпочтительными для городского освещения из-за их превосходной цветопередачи и хорошей светоотдачи. Технологии производства металлогалогенных ламп с керамическими горелками сочетают в себе высокую светоотдачу и цветопередачу и поэтому предпочитают наружное освещение. Однако в зависимости от приоритетов в зоне покрытия определенной области все технологии востребованы, поскольку все они обладают уникальными свойствами.
Цель моей последней квалификационной работы - исследовать высокочастотную накачку газоразрядных ламп высокого давления.
1. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ
Газоразрядная лампа - это электрическая лампа, в которой из-за электрического разряда в газовом или металлическом паре свет излучается в видимом диапазоне, который может видеть человек.
Газоразрядные лампы предназначены для оптического излучения, которые имеют цилиндрическую, сферическую или другую форму лампочки из стекла, керамики или металла. Помимо загрязнения химикатами и газовыми соединениями, поршень содержит два основных электрода, между которыми происходит разрядка. Этот разряд создает свечение газообразных соединений. Все это происходит в горелке. Иногда другие электроды припаяны для облегчения зажигания.
Рисунок 1. Строение газоразрядной лампы
В средней части находится основной электрод, а под ним - специальный ограничитель тока. Есть основание в основании лампы. Его можно вкручивать в осветительные приборы различного назначения. Прямые электрические разряды происходят в трубе.
Независимо от типа лампы, их свойства характеризуются рядом параметров, которые можно разделить на технические и эксплуатационные.
Технические параметры источника света зависят от типа лампы и определяют ее свойства, которые связаны с физическими процессами, лежащими в основе функционального принципа определенного типа источника света. Наиболее важными техническими параметрами каждого источника света являются световой поток, генерируемый лампой, энергопотребление и срок службы.
Поток излучения, излучение, генерируемое источником света, характеризуется его энергией, а энергия излучения обычно оценивается по его мощности, то есть по энергии, исследуемой за единицу времени. Мощность оптического излучения называется потоком излучения, а его единица измерения – Вт. Знание светового потока недостаточно для оценки источника света, поскольку лампа излучает его неравномерно во всех направлениях в окружающее пространство. Поэтому необходимо знать пространственное распределение потока излучения и его изменение во времени. Не менее важно знать спектральное распределение потока излучения, поскольку поток источника света обычно состоит из излучения с разными длинами волн, и спектр может варьироваться в зависимости от типа источника света.
На практике нам приходится работать не с понятием потока излучения, а с его эффективным значением, которое является частью потока излучения и называется потоком света. Дело в том, что человеческий глаз не обладает одинаковой чувствительностью к излучению с разными длинами волн. Обладает самой высокой чувствительностью глаза к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый свет).
Мощность, потребляемая источником света от сети, которая определяется напряжением на лампе и интенсивностью тока и его изменением во времени, характеризует количество электрической энергии, которая используется в единицу времени для источников света для создания светового потока.
2. РТУТНЫЕ ЛАМПЫ
Ртутные газоразрядные лампы являются источником электрического света, который использует газовый разряд в парах ртути для генерации оптического излучения. Для отображения всех типов таких источников света термин «газоразрядная лампа» используется в бытовых осветительных устройствах.
В зависимости от давления наполнения существуют газоотводные лампы низкого и высокого давления.
Газоразрядные лампы высокого давления подразделяются на лампы общего и специального назначения. Первые, которые в основном включают широко распространенный ртутный люминесцентный свет (ДРЛ), активно используются для наружного освещения, но постепенно заменяются более эффективными натриевыми и металлогалогенными лампами.
Рисунок 2. Устройство лампы ДРЛ
Для того чтобы адаптировать электрические параметры лампы и источника питания практически во всех типах ртутных ламп с падающими внешними вольт-амперными характеристиками, необходимо использовать балласты, которые в большинстве случаев используют дроссель, соединенный последовательно с лампой ,
В последнее время ряд иностранных компаний выпустили ртутные газоразрядные лампы с тремя электродами, которые оснащены только одним электродом зажигания. Эта конструкция характеризуется только большей технологичностью при производстве, без каких-либо дополнительных преимуществ перед четырехэлектродным
Преимущества ламп ДРЛ:
а) долгая жизнь;
б) компактность;
в) высокая светоотдача;
г) не критично для условий окружающей среды.
Недостатки ламп ДХО:
а) умение работать только с переменным током;
б) необходимость захвата балластным дросселем;
в) длительность зажигания с включенным устройством в течение примерно 7 минут и начало повторного зажигания даже после очень кратковременного прекращения подачи энергии лампы только после охлаждения;
г) пульсация светового потока больше, чем у люминесцентных ламп
д) Значительное снижение светового потока до конца службы;
ж) Преобладание сине-зеленой части в спектре лучей приводит к плохой цветопередаче, что исключает использование ламп в случаях, когда объектами дискриминации являются человеческие лица или окрашенные поверхности.
Горелки газоразрядной трубки состоит из огнеупорного и химически стойкого материала, прозрачного кварцевого стекла или специальной керамики и заполнены строго измеренных пропорциями инертных газов. Кроме того, металлическая ртуть вводится в горелку, которая имеет форму компактного шарика в холодной лампе или осаждается в виде налета на стенках колбы или на электродах. Светящимся элементом ртутной лампы высокого давления является дуговая разрядная колонна.
Лампа с пожарными электродами зажигается следующим образом. Когда напряжение питания лампы подается между близко расположенными основным электродом и электродом зажигания, возникает тлеющий разряд, чему способствует небольшое расстояние между ними, которое намного меньше расстояния между основными электродами, так что напряжение пробоя этого зазора также меньше Появление достаточно большого количества носителей заряда (свободных электронов и положительных ионов) в полости разрядной трубки способствует разрыву зазора между основными электродами и зажиганию тлеющего разряда между ними, который практически мгновенно превращается в дугу.
Электрические и световые параметры лампы стабилизируются через 10-15 минут после включения. В течение этого времени ток лампы значительно превышает номинальный ток и ограничивается только сопротивлением балласта. Продолжительность режима запуска сильно зависит от температуры окружающей среды - чем холоднее, тем дольше горит лампа.
Электрический разряд в фонаре ртутной дуговой лампы производит видимый синий или фиолетовый свет, а также сильный ультрафиолетовый свет. Последний стимулирует свечение флуоресцентного вещества, которое осаждается на внутренней стенке внешней колбы лампы. Красноватое свечение люминофора, который смешивается с бело-зеленым излучением горелки, приводит к яркому свету, почти белому.
Изменение напряжения питания вверх или вниз вызывает соответствующее изменение светового потока. Отклонение напряжения питания на 10 - 15% допустимо и сопровождается изменением светового потока лампы на 25 - 30%. Если напряжение питания составляет менее 80% от номинального напряжения, лампа может не загореться и лампа горения может погаснуть.
Лампа становится очень горячей, когда горит
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Это требует использования термостойких проводов в светильниках с ртутными дуговыми лампами и предъявляет серьезные требования к качеству контактов патронов. Когда давление в горелке горячей лампы значительно возрастает, ее напряжение пробоя также увеличивается. Напряжение питания недостаточно для зажигания горячей лампы. Поэтому лампа должна остыть перед повторным зажиганием. Этот эффект является основным недостатком ртутных дуговых ламп высокого давления, так как они гаснут из-за очень короткого перебоя в питании, и охлаждение возобновляется в течение длительного времени.
3. МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ
Металлогалогенная лампа относится к разряду газоразрядных ламп высокого давления. Он отличается от других газоразрядных ламп тем, что в металлогалогенные лампы, которые являются галогенидами некоторых металлов, добавляются специальные излучающие добавки для корректировки спектральных свойств дугового разряда в парах ртути Рисунок 3.
Рисунок 3. Общий вид осветительных металлогалогенных ламп:
а) лампа 400 Вт в эллипсоидальной прозрачной колбе; б) лампа 2000 Вт в цилиндрической прозрачной колбе; в) лампа линейная мгновенного перезажигания для цветного телевидения;
В настоящее время для общего освещения чаще всего используются металлогалогенные лампы со следующими составами металлогалогенных добавок:
1) йодиды натрия, таллия и индия;
2) Йодид натрия, скандий (и торий).
На рис. 4 приведены спектры излучения металлогалогенных ламп. Лампы имеют спектр, состоящий из отдельных ртутных линий и аддитивных линий, которые расположены в разных областях спектра. Это позволяет сочетать высокую светоотдачу с приемлемым качеством цветопередачи. Лампы с йодидами диспрозия имеют спектр, который настолько плотно заполнен линиями диспрозия, что создает впечатление непрерывности во всем видимом диапазоне, что обеспечивает очень высокое качество цвета при высокой светоотдаче. Натрий и другие линии выделяются на непрерывном фоне (рис. 4). Добавки из натрия и таллия увеличивают световую эффективность и стабилизируют разряд. Оловянные галогенные лампы излучают непрерывный спектр и обеспечивают отличную цветопередачу.
Рисунок 4. Спектр излучения металлогалогенных ламп с различными излучающими добавками.
Чтобы увеличить выход излучения атомов металла, требуется более высокая рабочая температура колбы, чем у ртутной лампы высокого давления или ртутной лампы сверхвысокого давления. В большинстве металлогалогенных ламп выходная мощность и эффективность излучения возрастают с увеличением рабочей температуры горелки. Однако это сокращает срок службы из-за более быстрой кристаллизации кварцевого стекла и нежелательных химических реакций с галогеном. Для обеспечения необходимой температуры газоразрядные лампы металлогалогенных ламп выполнены меньшими по сравнению с лампами ртутных ламп одинаковой мощности и напряжения. Как правило, расстояние между электродами уменьшается, а давление паров ртути увеличивается, чтобы поддерживать те же электрические параметры. Для металлогалогенных ламп с добавками из йодида натрия, таллия и индия минимальная температура горения должна быть на 80-100 ° С выше, чем у ртутных ламп. В металлогалогенных лампах с добавлением йодида скандия и натрия йодид должен быть еще выше из-за более низкого давления паров. Еще более высокая температура горелки требуется для создания достаточного давления паров редкоземельных йодидов.
Основными преимуществами являются:
а) Световой поток в десять раз выше, чем у обычных ламп.
б) Источник света компактен, поэтому вы можете контролировать поток света с помощью отражателя. Вместе с высокой светоотдачей это позволяет, например, использовать несколько настенных светильников, направленных на потолок, и очень технологически возможно решить проблему генерации общего освещения. Это эргономично, поскольку на потолке нет прямых источников света, что облегчает обслуживание.
в) Надежная работа при низких температурах и различных условиях эксплуатации;
г) Возможность использования ламп разных цветов.
Основным недостатком является то, что они не загораются сразу (они лишь слегка достигают номинального уровня свечения всего за 30-50 секунд) и не включаются снова после выключения, пока они не остынут. Это может занять несколько минут.
Классификация металлогалогенных ламп:
а) Мощность: от 20 до 3500 Вт. Лампы с выходной мощностью более 2000 Вт подключаются к сети с напряжением 380 вольт, остальные (20, 35, 50, 70, 150, 250, 400, 700, 1000 Вт) - 220 вольт.
б) По цвету: теплый белый в 3000 Кельвин, до одного дня в 6500 Кельвин и цветной MGL
в) По характеру: двойной цокольный этаж - фары, один цокольный и необоснованный.
Светящийся корпус металлогалогенной лампы представляет собой плазму дугового разряда, которая протекает между электродами в горелке.
Разрядная трубка заполнена инертными газами и галогеновыми соединениями, которые при холоде конденсируются на их стенках в виде тонкой пленки. По мере повышения температуры дугового разряда галогениды начинают испаряться и разлагаться на ионы. Затем уже ионизированные атомы стимулируются и генерируют оптическое излучение.
Инертный газ имеет буферную функцию, что означает, что ток может протекать через горелку даже при низких температурах. При нагревании горелки испаряются ртутные и излучающие добавки, что приводит к изменению спектра излучения, светового потока и электрического сопротивления металлогалогенных ламп.
Ионизация газоразрядных металлогалогенных ламп требует использования специальных устройств. Например, устройства импульсного зажигания, электроды зажигания. И зажигание происходит с балластом. В качестве такого устройства можно использовать дроссель или трансформатор с увеличенным магнитным рассеянием.
Рисунок 5. Схема подключения металлогалогенной лампы
НАТРИЕВАЯ ЛАМПА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Натриевые лампы высокого давления являются одной из наиболее эффективных групп источников видимого излучения: они обладают самой высокой световой эффективностью среди всех известных газоразрядных ламп (100-130 лм / Вт) и небольшим уменьшением светового потока при длительной эксплуатации.
Рисунок 6 показывает общий схематический вид типичной натриевой лампы высокого давления. Горелка обычно представляет собой цилиндрическую трубу диаметром от 6 до 12 мм, изготовленную из поликристаллического оксида алюминия высокой чистоты.
Концы трубки герметично закрыты металлическими колпачками из ниобия или керамическими колпачками с ниобиевыми втулками, к которым прикреплены вольфрамовые электроды. После тщательной вакуумной обработки амальгама натрия и инертный газ вводятся в разрядную трубку. Амальгама вводится в избытке, так что лампы работают в насыщенных парах натрия и ртути, и их производительность сильно зависит от температуры «холодной» зоны, которая является резервуаром для амальгамы натрия.
Сборные горелки устанавливаются в стеклянные поршни и откачиваются в высокий вакуум. Высокий вакуум необходим для защиты ниобия от окисления и для поддержания высокой температуры горелки. Наиболее распространенными являются прозрачные бутылки в цилиндрической или почти ослабленной форме. Для использования натриевых ламп высокого давления в лампах для ртутных ламп были разработаны лампы в лампах из ртутных ламп. Для замены линейных галогенных ламп накаливания в фарах были разработаны натриевые лампы высокого давления в открытой конструкции.
Рисунок 6. Общий вид натриевой лампы высокого давления:
керамическая заглушка; 2- керамическая светопропускающая трубка; 3-внешняя колба из тугоплавкого стекла; 4- электрод; 5- ниобиевый штенгель, содержащий амальгаму натрия; 6- бариевый геттер;
7- цоколь.
Лампы обычно не имеют электродов зажигания, и для их зажигания требуется импульс напряжения от 2 до 4 кВ. Были также разработаны лампы, которые непосредственно освещаются сетью 220 В, но светоотдача которых на 20-30% ниже, чем у обычных.
После того как разряд зажигается, разрядная трубка постепенно нагревается, давление паров натрия и ртути возрастает, а напряжение на лампе и ее яркость возрастают. Цвет излучения постепенно меняется от чисто желтого, характерного для натриевых ламп низкого давления, до оранжево-желтого и золотисто-желтого. Качество цветопередачи остается улучшенным, но остается низким (рисунок 7). Процесс прогрева занимает 2-4 минуты. Основными преимуществами натриевых ламп высокого давления являются высокая светоотдача (100–130 лм / Вт), длительный срок службы (10–20 000 часов) и небольшое уменьшение светового потока во время работы (около 20%).
Рисунок 7. Спектр излучения натриевой лампы высокого давления мощностью 400 Вт
Наряду с достоинствами, имеются и некоторые недостатки. Главный из них заключается в сложности подключения. Обычный способ здесь не подходит, и здесь существуют свои особенности. Среди других минусов можно выделить следующие:
а) Взрывоопасность.
б) Наличие ртути в устройстве лампы.
в) Долгое время включения, которое может составлять до 10 минут.
5. ВКЛЮЧЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ НАТРИЕВУЮ ЛАМПУ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Из-за конструктивных особенностей газоразрядных ламп невозможно просто подключить их к бытовой электрической сети, поскольку доступного напряжения недостаточно для запуска. Также необходимо ограничить ток дуги. В этом контексте необходимо использовать балласты (балласты) в цепи. Они могут быть электромагнитными или электронными (балласты).
В некоторых случаях нельзя избежать использования устройства с импульсным зажиганием. Использование электронных балластов для натриевых ламп 250 необходимо для их нагрева и дальнейшей бесперебойной работы. В то же время сам запуск занимает 3-5 минут, а натриевые источники света продолжают работать на полную мощность еще 10 минут
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
