Moderna högtrycksnatriumlampor

Högtrycksnatriumlampor (HPL) är en av de mest effektiva ljuskällorna och har redan idag en ljuseffektivitet på upp till 160 lm/W vid effekter på 30 — 1000 W, deras livslängd kan överstiga 25 000 timmar. Den lilla storleken på ljuskroppen och den höga ljusstyrkan hos högtrycksnatriumlampor utökar avsevärt möjligheterna för deras tillämpning i olika belysningsanordningar med koncentrerad ljusfördelning.

Vanligtvis arbetar högtrycksnatriumlampor med en induktiv eller elektronisk ballast. Högtrycksnatriumlampor tänds med hjälp av speciella tändare som avger pulser upp till 6 kV. Lampornas tändtid är vanligtvis 3 till 5 minuter.

Fördelarna med moderna högtrycksnatriumlampor inkluderar en relativt liten minskning av ljusflödet under livslängden, vilket till exempel för lampor med en effekt på 400 W är 10-20% på 15 tusen timmar med en 10-timmars förbränning cykel. För lampor som arbetar oftare ökar minskningen av ljusflödet med cirka 25 % för varje fördubbling av cykeln.Samma förhållande gäller för beräkning av livslängdsminskningen.

Det är allmänt accepterat att dessa lampor används där ekonomi är viktigare än exakt färgåtergivning. Deras varma gula ljus är ganska lämpligt för belysning av parker, köpcentrum, vägar och i vissa fall även för dekorativ arkitektonisk belysning (Moskva är ett utmärkt exempel på detta). Utvecklingen av dessa ljuskällor under det senaste decenniet har lett till en dramatisk expansion av möjligheterna att använda dem på grund av uppkomsten av nya uteffekttyper, såväl som lågeffektslampor och lampor med förbättrad färgåtergivning.

1. Högtrycksnatriumlampor med förbättrad färgåtergivning

Högtrycksnatriumlampor är för närvarande den mest effektiva gruppen av ljuskällor. Standard högtrycksnatriumlampor har dock ett antal nackdelar, av vilka det först och främst är nödvändigt att notera tydligt försämrade färgåtergivningsegenskaper, kännetecknade av ett lågt färgåtergivningsindex (Ra = 25 - 28) och en låg färg temperatur (Ttsv = 2000 — 2200 K).

De breddade natriumresonanslinjerna orsakar en gyllene gul emission. Färgåtergivningen av högtrycksnatriumlampor anses vara tillfredsställande för utomhusbelysning, men otillräcklig för inomhusbelysning.

Förbättringen av färgprestanda hos högtrycksnatriumlampor beror främst på en ökning av natriumångtrycket i brännaren när temperaturen i den kalla zonen eller natriumhalten i amalgamet ökar.(amalgam — flytande, halvflytande eller karbidmetall med kvicksilver), öka diametern på avgasröret, införa strålande tillsatser, applicera fosfor och interferensbeläggningar på den yttre glödlampan och mata lamporna med högfrekvent pulsad ström. Minskningen av ljusflödet kompenseras av en ökning av xenontrycket (dvs en minskning av plasmakonduktiviteten).

Många specialister arbetar med problemet med att förbättra den spektrala sammansättningen av strålningen från högtrycksnatriumlampor, och ett antal utländska företag producerar redan högkvalitativa lampor med förbättrade färgparametrar. Så i nomenklaturen för sådana ledande företag som General Electric, Osram, Philips det finns en bred grupp av natriumlampor med förbättrade färgåtergivningsegenskaper.

Sådana lampor med ett allmänt färgåtergivningsindex Ra = 50 — 70 har 25 % lägre ljuseffektivitet och halva livslängden jämfört med standardversioner. Det är värt att notera att huvudparametrarna för högtrycksnatriumlampor är ganska viktiga för förändringar i matningsspänningen. Så, med en minskning av matningsspänningen med 5-10%, förlorar kraften, ljusflödet, Ra från 5 till 30% av sina nominella värden, och när spänningen stiger, sjunker livslängden kraftigt.

Försök att hitta en ekonomisk analog till en glödlampa ledde till skapandet av en ny generation av natriumlampor. På senare tid har en familj av lågeffektsnatriumlampor med förbättrad färgåtergivning dykt upp. Philips introducerade en serie 35-100 W SDW-lampor med Ra = 80 och emissionskroman är nära den för glödlampor. Lampans ljuseffektivitet är 39 — 49 lm/W, och lampsystemet — ballast 32 — 41 lm/W.En sådan lampa kan framgångsrikt användas för att skapa dekorativa ljusaccenter på offentliga platser.

° OSRAM COLORSTAR DSX-lampserien, tillsammans med den elektroniska styrenheten POWERTRONIC PT DSX, är ett helt nytt belysningssystem som gör det möjligt att, med samma lampa, ändra färgtemperaturen. Ändring av färgtemperaturen från 2600 till 3000 K och tillbaka görs med hjälp av en elektronisk ballast med en speciell strömbrytare. Detta gör att du kan skapa en ljus interiör för de utställningar som visas i montrar som motsvarar tid på dygnet eller säsong. Lamporna i denna serie är miljövänliga, eftersom de inte innehåller kvicksilver. Kostnaden för en belysningsinstallation gjord av sådana kit är 5-6 gånger högre än för halogenlampor.

En modifierad version av COLORSTAR DSX-systemet, COLORSTAR DSX2, har utvecklats för utomhusbelysning. Tillsammans med en speciell ballast kan systemets ljusflöde reduceras till 50 % av det nominella värdet. Denna serie av lampor innehåller inte heller kvicksilver.

Lågeffekt högtrycksnatriumlampor

Bland de för närvarande producerade högtrycksnatriumlamporna faller den största andelen på lampor med en effekt på 250 och 400 watt. Vid dessa effekter anses lampornas effektivitet vara maximal. På senare tid har det dock skett en betydande ökning av intresset för lågwattsnatriumlampor på grund av önskan att spara el genom att ersätta glödlampor med lågwattsurladdningslampor i inomhusbelysning.

Minimieffekten för högtrycksnatriumlampor som uppnås av utländska företag är 30 - 35 W.Gasurladdningslampan i Poltava bemästrade produktionen av lågeffektsnatriumlampor med en effekt på 70, 100 och 150 W.

Svårigheter att skapa lågeffektsnatriumlampor är förknippade med övergången till små strömmar och diametrar av urladdningsrör, samt med en ökning av den relativa längden av elektrodområdena jämfört med avståndet mellan elektroderna, vilket leder till en mycket hög lampans känslighet för tillförselsättet, för avvikelser i konstruktionsmåtten på avgasröret och rören och kvaliteten på materialen. Därför, vid produktion av lågeffektsnatriumlampor, ökas kraven på överensstämmelse med toleranserna för de geometriska dimensionerna för avgasrörsenheterna, för materialens renhet och noggrannheten i doseringen av fyllnadselementen. Grundläggande teknologier finns redan för att bemästra massproduktionen av dessa ekonomiska, långvariga ljuskällor.

OSRAM erbjuder också en serie lågeffektslampor som inte kräver en tändare (brännarna innehåller en Penning-blandning). Deras ljuseffektivitet är dock 14-15% lägre än för standardlampor.

En av fördelarna med lampor som inte kräver en pulständare är möjligheten att installera dem i kvicksilverlampor (under andra nödvändiga förhållanden). Exempelvis är lampan NAV E 110 med ett ljusflöde på 8000 lm ganska utbytbar mot en kvicksilverlampa av typen DRL -125> med ett nominellt ljusflöde på 6000 — 6500 lm. Liknande interna utvecklingar har länge använts i vårt land. För närvarande tillverkar LISMA OJSC till exempel DNaT 210- och DNaT 360-lampor, avsedda som direkta ersättningar för DRL 250 respektive DRL 400.

Kvicksilverfri NLVD

Under de senaste åren har anmärkningsvärda insatser gjorts inom miljöskyddsområdet i många länder. Ett område av dessa ansträngningar är att minska eller undvika förekomsten av giftiga föreningar av tungmetaller (t.ex. kvicksilver) i industriella färdiga produkter. Således ersätts kvicksilverhaltiga medicinska termometrar gradvis av kvicksilverfria.

Samma trend är utbredd inom området för tillverkning av ljuskällor. Kvicksilverhalten i ett 40-watts lysrör har sjunkit från 30 mg till 3 mg. När det gäller högtrycksnatriumlampor går denna process inte så snabbt vidare, även för att kvicksilver kraftigt ökar effektiviteten hos dessa ljuskällor, som är erkända som de mest ekonomiska idag.

Befintliga och utvecklande kvicksilverfria lampor ser ut att ha en ljus framtid. Den redan nämnda serien av Osram COLORSTAR DSX-lampor innehåller inte kvicksilver, vilket är en stor bedrift av företaget. Dessa lampor, tillsammans med speciella elektroniska förkopplingsdon, är specialsystem där effektivitet och enkelhet inte är högsta prioritet.

Sylvanias linje av kvicksilverfria lampor har länge varit känd. Tillverkaren ägnar särskild uppmärksamhet åt de förbättrade färgåtergivningsegenskaperna och jämför dem med standardanaloger av sin egen produktion.

För inte så länge sedan publicerades utvecklingen av ingenjörer från Matsushita Electric (Japan), som är en kvicksilverfri NLVD med hög färgåtergivning som inte kräver en speciell pulsballast.

Vid slutet av livslängden för en traditionell lampa får strålningens färg en rosa nyans, på grund av en förändring i förhållandet mellan natrium och kvicksilver i amalgamet.Denna skärm ger inte ett särskilt behagligt intryck, i motsats till den gulaktiga färgen på testlampan under samma förhållanden. När färgtemperaturen ökar, ökar Ra först till en maximal nivå (vid T = 2500 K), och sjunker sedan.

För att minska avvikelsen har utvecklarna ändrat xenontrycket och brännarens innerdiameter. Man drog slutsatsen att avvikelsen från svartkroppslinjen minskar med ökande xenontryck, men tändspänningen ökar. Vid ett tryck på 40 kPa är tändspänningen cirka 2000 V, även med hänsyn till närvaron av en krets för att underlätta det. När den inre diametern ändras från 6 till 6,8 mm minskar avvikelsen från kroppens svarta linje, men ljuseffektiviteten minskar, vilket är oacceptabelt för den aktuella uppgiften.

En kvicksilverfri hög-Ra natriumlampa har nästan samma egenskaper som sin kvicksilverhaltiga motsvarighet. En kvicksilverfri lampa har 1,3 gånger livslängden.

150 W högtryckslampor med högt färgåtergivningsindex: a — kvicksilverfri, b — den vanliga versionen.

Högtrycksnatriumlampor med två brännare

Den senaste tidens uppkomst av serieprover av högtrycksnatriumlampor med parallellkopplade brännare från ett antal ledande tillverkare tyder på att denna riktning är lovande, eftersom en sådan lösning inte bara bidrar till en betydande ökning av lampans livslängd utan också tar bort komplexiteten. av omedelbar återtändning, utökar potentialen för att kombinera brännare med olika effekt, spektral sammansättning, etc.

Trots den angivna solida livslängden bör frågan om hållbarhet för dessa lampor behandlas med försiktighet.Livslängden för en sådan lampa fördubblas egentligen bara om brännarlamporna lyser kontinuerligt under hela lampans livslängd. Annars, i slutet av resursen, börjar arbetsbrännaren ofta att delvis kringgå den andra (detta fenomen kallas ibland elektriskt "läckage"; i det här fallet bryts den förtätade gasen i den yttre glödlampan av spänningen från tändpulserna ), och därför kan svårigheter uppstå med dess antändning.

Högtrycksnatriumlampor med högspänningständare

Japanska ingenjörer (Toshiba Lighting & Technology erbjuder en optimal, ur deras synvinkel, lösning för att eliminera ovan nämnda fenomen i en lampa med två brännare. Lampans design innehåller två tändsönder som säkerställer tändningen av en viss brännare när det är positiva eller negativa pulser levereras. Förkopplingsdon för sådana lampor innehåller två lindningar Kretsen är ganska enkel och billig. På grund av denna design tänds brännarens lampor växelvis. Den alternerande tändningen av brännarna säkerställer mindre «åldring» av brännarna och avsevärt ökar det totala arbetet Ingenjörer från samma företag erbjuder en lampa med en inbyggd tändare som inte kräver ett komplext kontrollschema.

Några trender i utvecklingen av högtrycksnatriumlampor

I vilka riktningar letar designers och forskare efter effektiva lösningar för högtrycksnatriumlampor? För att svara på denna fråga måste vi först ta itu med de uppenbara nackdelarna med dessa lampor relaterade till visuell komfort, enkelhet och den nödvändiga elektriska säkerheten för konstruktionen.Bland dem kan flera huvudsakliga särskiljas: dåliga färgåtergivningsegenskaper, ökad pulsering av ljusflödet, hög tändspänning och ännu mer — återtändning.

Att döma av egenskaperna hos lampor med hög färgåtergivning lyckades utvecklarna komma nära det optimala för denna grupp av ljuskällor. Kampen mot strålningsrippel, som når 70-80 % i högtrycksnatriumlampor, utförs vanligtvis med vanliga metoder, som att byta lampor i olika faser av nätverket (i installationer med många lampor) och mata högfrekvent ström . Användningen av speciella elektroniska förkopplingsdon eliminerar praktiskt taget detta problem.

Pulständningsanordningarna (IZU) som för närvarande används med de flesta NLVD - PRA-kit komplicerar driften av lamporna och ökar kostnaden för lampan - PRA-kit. IZU-tändningspulser påverkar ballasten och lampan negativt, det finns för tidiga fel på dessa enheter. Därför letar utvecklare efter sätt att minska tändspänningen, vilket gör att du kan överge IZU.

Problemet med omedelbar återtändning löses vanligtvis på två sätt. Det är möjligt att använda tändare som avger pulser med ökad amplitud, eller att använda den nämnda tvåbrännarlampan, som inte kräver sådana anordningar.

Livslängden för natriumlampor anses vara den längsta bland högintensiva ljuskällor. Men inom detta område vill designers uppnå det bästa.Det är känt att livslängden och minskningen av ljusflödet under drift beror på den hastighet med vilken natriumet lämnar brännaren. Läckaget av natrium från urladdningen leder till anrikningen av amalgamets sammansättning med kvicksilver och en ökning av lampans spänning till (150 — 160 V) tills den slocknar. Mycket forskning, utveckling och patent har ägnats åt detta problem. Bland de mest framgångsrika lösningarna är det värt att notera amalgamdispensern från GE, som används i seriella lampor. Utformningen av dispensern säkerställer ett strikt begränsat flöde av natriumamalgam i urladdningsröret under hela lampans livslängd. Som ett resultat ökar livslängden, mörkningen av rörets ändar minskar och ljusflödet kvarstår. nästan konstant (upp till 90 % av det ursprungliga värdet).

Naturligtvis är forskningen och förbättringen av högtrycksnatriumlampor inte över ännu, och därför bör vi förvänta oss nya, möjligen exklusiva lösningar i en stor familj av dessa lovande ljuskällor.

Begagnat material från boken "Energibesparing i belysning". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.