Moderne højtryksnatriumlamper

Højtryksnatriumlamper (HPL) er en af ​​de mest effektive lyskilder og har allerede i dag en lyseffektivitet på op til 160 lm/W ved ydelser på 30 — 1000 W, deres levetid kan overstige 25.000 timer. Den lille størrelse af lyslegemet og den høje lysstyrke af højtryksnatriumlamper udvider betydeligt mulighederne for deres anvendelse i forskellige belysningsenheder med koncentreret lysfordeling.

Typisk arbejder højtryksnatriumlamper med en induktiv eller elektronisk ballast. Højtryksnatriumlamper antændes ved hjælp af specielle tændere, der udsender impulser op til 6 kV. Lampernes tændingstid er normalt 3 til 5 minutter.

Fordelene ved moderne højtryksnatriumlamper inkluderer et relativt lille fald i lysstrøm i løbet af levetiden, som for eksempel for lamper med en effekt på 400 W er 10-20% på 15 tusinde timer med en 10-timers brænding cyklus. For lamper, der arbejder hyppigere, stiger faldet i lysstrøm med ca. 25 % for hver fordobling af cyklussen.Samme forhold gør sig gældende ved beregning af levetidsreduktionen.

Det er almindeligt accepteret, at disse lamper bruges, hvor økonomi er vigtigere end nøjagtig farvegengivelse. Deres varme gule lys er ret velegnet til belysning af parker, indkøbscentre, veje og også i nogle tilfælde til dekorativ arkitektonisk belysning (Moskva er et glimrende eksempel på dette). Udviklingen af ​​disse lyskilder i det sidste årti har ført til en dramatisk udvidelse af mulighederne for deres anvendelse på grund af fremkomsten af ​​nye outputtyper, samt laveffektlamper og lamper med forbedret farvegengivelse.

1. Højtryksnatriumlamper med forbedret farvegengivelse

Højtryksnatriumlamper er i øjeblikket den mest effektive gruppe af lyskilder. Standard højtryksnatriumlamper har dog en række ulemper, hvoraf det først og fremmest er nødvendigt at bemærke tydeligt forringede farvegengivelsesegenskaber, karakteriseret ved et lavt farvegengivelsesindeks (Ra = 25 - 28) og en lav farve temperatur (Ttsv = 2000 — 2200 K).

De udvidede natriumresonanslinjer forårsager en gyldengul emission. Farvegengivelsen af ​​højtryksnatriumlamper anses for tilfredsstillende til udendørs belysning, men utilstrækkelig til indendørs belysning.

Forbedringen i farveydeevnen for højtryksnatriumlamper skyldes hovedsageligt en stigning i natriumdamptrykket i brænderen, når temperaturen i den kolde zone eller natriumindholdet i amalgamet stiger.(amalgam — flydende, halvflydende eller carbidmetal med kviksølv), forøgelse af udstødningsrørets diameter, indføring af udstrålingsadditiver, påføring af fosfor og interferensbelægninger på den ydre pære og tilførsel af højfrekvent pulsstrøm til lamperne. Faldet i lysstrøm kompenseres af en stigning i xenontryk (dvs. et fald i plasmaledningsevne).

Mange specialister arbejder på problemet med at forbedre den spektrale sammensætning af strålingen fra højtryksnatriumlamper, og en række udenlandske virksomheder producerer allerede højkvalitetslamper med forbedrede farveparametre. Så i nomenklaturen af ​​sådanne førende virksomheder som General Electric, Osram, Philips er der en bred gruppe af natriumlamper med forbedrede farvegengivelsesegenskaber.

Sådanne lamper med et generelt farvegengivelsesindeks Ra = 50 — 70 har 25 % lavere lyseffektivitet og halvdelen af ​​levetiden sammenlignet med standardversioner. Det er værd at bemærke, at hovedparametrene for højtryksnatriumlamper er ret vigtige for ændringer i forsyningsspændingen. Så med et fald i forsyningsspændingen med 5-10%, mister kraften, lysstrømmen, Ra fra 5 til 30% af deres nominelle værdier, og når spændingen stiger, falder levetiden kraftigt.

Forsøg på at finde en økonomisk analog til en glødelampe førte til skabelsen af ​​en ny generation af natriumlamper. For nylig er der dukket op en familie af laveffekt natriumlamper med forbedret farvegengivelse. Philips introducerede en serie af 35-100 W SDW-lamper med Ra = 80, og emissionskromaen er tæt på glødepærernes. Lampens lysudbytte er 39 — 49 lm/W, og lampesystemet — ballast 32 — 41 lm/W.En sådan lampe kan med succes bruges til at skabe dekorative lysaccenter på offentlige steder.

° OSRAM COLORSTAR DSX-lampeserien er sammen med den elektroniske kontrolenhed POWERTRONIC PT DSX et helt nyt belysningssystem, der gør det muligt, ved hjælp af den samme lampe, at ændre farvetemperaturen. Ændring af farvetemperaturen fra 2600 til 3000 K og tilbage sker ved hjælp af en elektronisk ballast med en speciel kontakt. Dette giver dig mulighed for at skabe et let interiør til de udstillinger, der vises i montrer svarende til tidspunktet på dagen eller sæsonen. Lamperne i denne serie er miljøvenlige, da de ikke indeholder kviksølv. Omkostningerne ved en belysningsinstallation lavet af sådanne sæt er 5-6 gange højere end for glødelamper af halogen.

En modificeret version af COLORSTAR DSX-systemet, COLORSTAR DSX2, er udviklet til udendørsbelysning. Sammen med en speciel forkobling kan systemets lysstrøm reduceres til 50 % af den nominelle værdi. Denne serie af lamper indeholder heller ikke kviksølv.

Laveffekt højtryksnatriumlamper

Blandt de i øjeblikket producerede højtryksnatriumlamper falder den største andel på lamper med en effekt på 250 og 400 watt. Ved disse kræfter anses lampernes effektivitet for maksimal. På det seneste er der dog sket en markant stigning i interessen for lavwatt-natriumlamper på grund af ønsket om at spare strøm ved at erstatte glødelamper med lavwatt-udladningslamper i indendørs belysning.

Minimumseffekten af ​​højtryksnatriumlamper opnået af udenlandske virksomheder er 30 - 35 W.Gasudladningslampeanlægget i Poltava mestrede produktionen af ​​laveffekt natriumlamper med en effekt på 70, 100 og 150 W.

Vanskeligheder med at skabe laveffekt natriumlamper er forbundet med overgangen til små strømme og diametre af udledningsrør, samt med en stigning i den relative længde af elektrodeområderne sammenlignet med afstanden mellem elektroderne, hvilket fører til en meget høj lampens følsomhed over for forsyningsmåden, over for afvigelser i udstødningsrørets og rørenes designdimensioner og materialernes kvalitet. Derfor øges kravene til overholdelse af tolerancerne for de geometriske dimensioner af udstødningsrørsamlingerne, for materialernes renhed og nøjagtigheden af ​​doseringen af ​​påfyldningselementerne ved produktion af laveffekt natriumlamper. Grundlæggende teknologier findes allerede til at mestre masseproduktionen af ​​disse økonomiske, langtidsholdbare lyskilder.

OSRAM tilbyder også en serie laveffektlamper, der ikke kræver en tænder (brænderne indeholder en Penning-blanding). Deres lyseffektivitet er dog 14-15 % lavere end for standardlamper.

En af fordelene ved lamper, der ikke kræver en pulstænder, er muligheden for at installere dem i kviksølvlamper (under andre nødvendige forhold). For eksempel er NAV E 110-lampen med en lysstrøm på 8000 lm ganske udskiftelig med en kviksølvlampe af typen DRL -125> med en nominel lysstrøm på 6000 — 6500 lm. Lignende interne udviklinger har længe været brugt i vores land. I øjeblikket producerer LISMA OJSC for eksempel DNaT 210 og DNaT 360 lamper, beregnet som direkte erstatninger for henholdsvis DRL 250 og DRL 400.

Kviksølvfri NLVD

I de senere år er der gjort en bemærkelsesværdig indsats inden for miljøbeskyttelse i mange lande. Et område af disse bestræbelser er at reducere eller undgå forekomsten af ​​giftige forbindelser af tungmetaller (f.eks. kviksølv) i industrielle færdige produkter. Kviksølvholdige medicinske termometre bliver således gradvist erstattet af kviksølvfrie.

Den samme tendens er udbredt inden for teknologier til fremstilling af lyskilder. Kviksølvindholdet i et 40-watt lysstofrør er faldet fra 30 mg til 3 mg. I tilfælde af højtryksnatriumlamper skrider denne proces ikke så hurtigt frem, også fordi kviksølv i høj grad øger effektiviteten af ​​disse lyskilder, som i dag er anerkendt som de mest økonomiske.

Eksisterende og udviklende kviksølvfrie lamper ser ud til at have en lys fremtid. Den allerede nævnte serie af Osram COLORSTAR DSX-lamper indeholder ikke kviksølv, hvilket er en stor bedrift af virksomheden. Disse lamper er sammen med specielle elektroniske forkoblinger specialsystemer, hvor effektivitet og enkelhed ikke er højeste prioritet.

Sylvanias linje af kviksølvfri lamper har længe været berømt. Producenten lægger særlig vægt på de forbedrede farvegengivelsesegenskaber ved at sammenligne dem med standardanaloger af sin egen produktion.

For ikke så længe siden udkom udviklingen af ​​ingeniører fra Matsushita Electric (Japan), som er en kviksølvfri NLVD med høj farvegengivelse, der ikke kræver en speciel pulsballast.

Ved slutningen af ​​en traditionel lampes levetid får strålingens farve en lyserød farvetone på grund af en ændring i forholdet mellem natrium og kviksølv i amalgamet.Denne skærm giver ikke et særligt behageligt indtryk, i modsætning til testlampens gullige farve under samme forhold. Når farvetemperaturen stiger, stiger Ra først til et maksimalt niveau (ved T = 2500 K), og falder derefter.

For at reducere afvigelsen har udviklerne ændret xenontrykket og brænderens indvendige diameter. Det blev konkluderet, at afvigelsen fra sortlegemelinjen falder med stigende xenontryk, men tændspændingen stiger. Ved et tryk på 40 kPa er tændspændingen omkring 2000 V, selv under hensyntagen til tilstedeværelsen af ​​et kredsløb for at lette det. Når den indre diameter ændres fra 6 til 6,8 mm, falder afvigelsen fra kroppens sorte linje, men lyseffektiviteten falder, hvilket er uacceptabelt for den aktuelle opgave.

En kviksølvfri natriumlampe med høj Ra har næsten de samme egenskaber som dens kviksølvholdige modstykke. En kviksølvfri lampe har 1,3 gange levetiden.

150 W højtrykslamper med højt farvegengivelsesindeks: a — kviksølvfri, b — den sædvanlige version.

Højtryksnatriumlamper med to brændere

Den nylige fremkomst af serielle prøver af højtryksnatriumlamper med parallelforbundne brændere fra en række førende producenter tyder på, at denne retning er lovende, da en sådan løsning ikke kun bidrager til en betydelig forøgelse af lampens levetid, men også fjerner kompleksiteten af øjeblikkelig genantændelse, udvider potentialet for at kombinere brændere med forskellig effekt, spektral sammensætning osv.

På trods af den angivne solide levetid bør spørgsmålet om disse lampers holdbarhed behandles med forsigtighed.Levetiden på en sådan lampe fordobles kun rigtigt, hvis brænderlamperne lyser konstant i hele lampens levetid. Ellers, i slutningen af ​​ressourcen, begynder arbejdsbrænderen ofte delvist at omgå den anden (dette fænomen kaldes nogle gange elektrisk "lækage"; i dette tilfælde brydes den fortærnede gas i den ydre pære af spændingen fra tændingsimpulserne ), og derfor kan der opstå vanskeligheder med dens antændelse.

Højtryksnatriumlamper med højspændingstænder

Japanske ingeniører (Toshiba Lighting & Technology tilbyder en optimal, set fra deres synspunkt, løsning til at eliminere ovennævnte fænomener i en lampe med to brændere. Lampens design indeholder to tændingsonder, der sikrer tænding af en bestemt brænder, når det er positive eller negative impulser leveres . Forkoblinger til sådanne lamper indeholder to viklinger Kredsløbet er ret simpelt og billigt. På grund af dette design lyser brænderens lamper skiftevis. Den vekslende tænding af brænderne sikrer mindre «ældning» af brænderne og øger det samlede arbejde markant. Ingeniører fra samme virksomhed tilbyder en lampe med indbygget tænder, der ikke kræver et komplekst kontrolskema.

Nogle tendenser i udviklingen af ​​højtryksnatriumlamper

I hvilke retninger leder designere og forskere efter effektive løsninger til højtryksnatriumlamper? For at besvare dette spørgsmål skal vi først adressere de åbenlyse ulemper ved disse lamper relateret til visuel komfort, enkelhed og den nødvendige elektriske sikkerhed af konstruktionen.Blandt dem kan der skelnes mellem flere vigtigste: dårlige farvegengivelsesegenskaber, øget pulsering af lysstrømmen, høj tændingsspænding og endnu mere - genantændelse.

At dømme efter egenskaberne ved lamper med høj farvegengivelse lykkedes det udviklerne at komme tæt på det optimale for denne gruppe af lyskilder. Kampen mod strålingsbølger, som når 70-80 % i højtryksnatriumlamper, udføres normalt ved hjælp af almindelige metoder, såsom at skifte lamper i forskellige faser af netværket (i installationer med mange lamper) og levere højfrekvent strøm . Brugen af ​​specielle elektroniske forkoblinger eliminerer praktisk talt dette problem.

De pulstændingsenheder (IZU), der i øjeblikket bruges med de fleste NLVD - PRA-sæt komplicerer betjeningen af ​​lamperne og øger prisen på lampen - PRA-sættet. IZU tændingsimpulser påvirker ballasten og lampen negativt, der er for tidlige fejl på disse enheder. Derfor leder udviklere efter måder at reducere tændingsspændingen på, hvilket giver dig mulighed for at opgive IZU.

Problemet med at give øjeblikkelig genantændelse løses normalt på to måder. Det er muligt at bruge tændere, der udsender impulser med øget amplitude, eller at bruge den nævnte to-brænder lampe, som ikke kræver sådanne enheder.

Levetiden for natriumlamper anses for at være den længste blandt lyskilder med høj intensitet. Men på dette område ønsker designere at opnå det bedste.Det er kendt, at levetiden og faldet i lysstrøm under drift afhænger af den hastighed, hvormed natrium forlader brænderen. Natriumlækagen fra udledningen fører til berigelse af amalgamets sammensætning med kviksølv og en stigning i lampens spænding til (150 — 160 V), indtil den går ud. Meget forskning, udvikling og patenter er blevet afsat til dette problem. Blandt de mest succesrige løsninger er det værd at bemærke amalgamdispenseren fra GE, der bruges i serielle lamper. Dispenserens design sikrer en strengt begrænset gennemstrømning af natriumamalgam i udladningsrøret i hele lampens levetid.Dette resulterer i, at levetiden øges, mørkere af enderne af røret reduceres, og lysstrømmen forbliver næsten konstant (op til 90% af den oprindelige værdi).

Naturligvis er forskningen og forbedringen af ​​højtryksnatriumlamper ikke slut endnu, og derfor bør vi forvente nye, muligvis eksklusive løsninger i en stor familie af disse lovende lyskilder.

Brugte materialer fra bogen "Energibesparelse i belysning". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.