Lămpi moderne cu sodiu de înaltă presiune

Lămpile cu sodiu de înaltă presiune (HPL) sunt una dintre cele mai eficiente surse de lumină și au deja astăzi o eficiență luminoasă de până la 160 lm/W la puteri de 30 — 1000 W, durata lor de viață putând depăși 25.000 de ore. Dimensiunea redusă a corpului luminii și luminozitatea ridicată a lămpilor cu sodiu de înaltă presiune extind semnificativ posibilitățile de aplicare a acestora în diverse dispozitive de iluminat cu distribuție concentrată a luminii.

De obicei, lămpile cu sodiu de înaltă presiune funcționează cu un balast inductiv sau electronic. Lămpile cu sodiu de înaltă presiune sunt aprinse folosind aprinderi speciale care emit impulsuri de până la 6 kV. Timpul de aprindere al lămpilor este de obicei de 3 până la 5 minute.

Avantajele lămpilor moderne cu sodiu de înaltă presiune includ o scădere relativ mică a fluxului luminos în timpul duratei de viață, care, de exemplu, pentru lămpile cu o putere de 400 W este de 10-20% în 15 mii de ore cu o ardere de 10 ore. ciclu. Pentru lămpile care funcționează mai frecvent, scăderea fluxului luminos crește cu aproximativ 25% pentru fiecare dublare a ciclului.Aceeași relație este valabilă pentru calcularea reducerii duratei de viață.

Este în general acceptat că aceste lămpi sunt utilizate acolo unde economia este mai importantă decât reproducerea corectă a culorilor. Lumina lor galbenă caldă este destul de potrivită pentru iluminarea parcurilor, centrelor comerciale, drumurilor și, de asemenea, în unele cazuri pentru iluminatul arhitectural decorativ (Moscova este un exemplu excelent în acest sens). Dezvoltarea acestor surse de lumină în ultimul deceniu a condus la o extindere dramatică a posibilităților de utilizare a acestora datorită apariției de noi tipuri de ieșire, precum și a lămpilor de putere redusă și a lămpilor cu redare îmbunătățită a culorilor.

1. Lămpi de sodiu de înaltă presiune cu redare îmbunătățită a culorilor

Lămpile cu sodiu de înaltă presiune sunt în prezent cel mai eficient grup de surse de lumină. Cu toate acestea, lămpile standard cu sodiu de înaltă presiune au o serie de dezavantaje, dintre care, în primul rând, este necesar să se remarce proprietăți de redare a culorii clar deteriorate, caracterizate printr-un indice de redare a culorii scăzut (Ra = 25 — 28) și o culoare scăzută. temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Liniile de rezonanță de sodiu lărgite provoacă o emisie galben-aurie. Redarea culorii lămpilor cu sodiu de înaltă presiune este considerată satisfăcătoare pentru iluminatul exterior, dar insuficientă pentru iluminatul interior.

Îmbunătățirea performanței culorii lămpilor cu sodiu de înaltă presiune se datorează în principal creșterii presiunii vaporilor de sodiu în arzător pe măsură ce temperatura zonei reci sau conținutul de sodiu al amalgamului crește.(amalgam — metal lichid, semi-lichid sau carbură cu mercur), mărirea diametrului țevii de evacuare, introducerea de aditivi radianți, aplicarea de fosfor și acoperiri interferențe la bulbul exterior și alimentarea lămpilor cu curent pulsat de înaltă frecvență. Scăderea fluxului luminos este compensată de o creștere a presiunii xenonului (adică o scădere a conductivității plasmei).

Mulți specialiști lucrează la problema îmbunătățirii compoziției spectrale a radiației lămpilor cu sodiu de înaltă presiune, iar o serie de companii străine produc deja lămpi de înaltă calitate, cu parametri de culoare îmbunătățiți.Deci, în nomenclatorul unor astfel de companii de top precum General Electric, Osram, Philips există un grup larg de lămpi cu sodiu cu proprietăți îmbunătățite de redare a culorilor.

Astfel de lămpi cu un indice general de redare a culorii Ra = 50 — 70 au o eficiență luminoasă cu 25% mai mică și o durată de viață la jumătate față de versiunile standard. Este de remarcat faptul că principalii parametri ai lămpilor cu sodiu de înaltă presiune sunt destul de importanți pentru modificările tensiunii de alimentare. Deci, cu o scădere a tensiunii de alimentare cu 5-10%, puterea, fluxul luminos, Ra pierde de la 5 la 30% din valorile lor nominale, iar când tensiunea crește, durata de viață scade brusc.

Încercările de a găsi un analog economic al unei lămpi cu incandescență au condus la crearea unei noi generații de lămpi cu sodiu. Mai recent, a apărut o familie de lămpi de sodiu cu putere redusă, cu redare îmbunătățită a culorilor. Philips a introdus o serie de lămpi SDW de 35-100 W cu Ra = 80, iar croma de emisie este apropiată de cea a lămpilor incandescente. Eficiența luminoasă a lămpii este de 39 - 49 lm / W, iar sistemul de lămpi - balast 32 - 41 lm / W.O astfel de lampă poate fi folosită cu succes pentru a crea accente luminoase decorative în locuri publice.

° Gama de lămpi OSRAM COLORSTAR DSX, împreună cu unitatea de control electronică POWERTRONIC PT DSX, este un sistem de iluminat complet nou care permite, folosind aceeași lampă, modificarea temperaturii culorii. Schimbarea temperaturii de culoare de la 2600 la 3000 K și înapoi se face folosind un balast electronic cu un comutator special. Acest lucru vă permite să creați un interior luminos pentru exponatele afișate în vitrine corespunzătoare orei din zi sau sezonului. Lămpile din această serie sunt ecologice, deoarece nu conțin mercur. Costul unei instalații de iluminat realizate din astfel de truse este de 5-6 ori mai mare decât cel al lămpilor cu halogen incandescent.

O versiune modificată a sistemului COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, a fost dezvoltată pentru iluminatul exterior. Împreună cu un balast special, fluxul luminos al sistemului poate fi redus la 50% din valoarea nominală. De asemenea, această serie de lămpi nu conține mercur.

Lămpi cu sodiu de înaltă presiune de putere mică

Dintre lămpile cu sodiu de înaltă presiune produse în prezent, ponderea cea mai mare revine lămpilor cu o putere de 250 și 400 de wați. La aceste puteri eficiența lămpilor este considerată maximă. Recent, totuși, a existat o creștere semnificativă a interesului pentru lămpile cu sodiu cu putere redusă din cauza dorinței de a economisi energie electrică prin înlocuirea lămpilor incandescente cu lămpi cu descărcare de putere redusă în iluminatul interior.

Puterea minimă a lămpilor cu sodiu de înaltă presiune realizată de companii străine este de 30 - 35 W.Uzina de lămpi cu descărcare în gaz din Poltava a stăpânit producția de lămpi cu sodiu de putere redusă, cu o putere de 70, 100 și 150 W.

Dificultățile în crearea lămpilor cu sodiu de putere redusă sunt asociate cu trecerea la curenți și diametre mici ale conductelor de descărcare, precum și cu o creștere a lungimii relative a zonelor electrozilor în comparație cu distanța dintre electrozi, ceea ce duce la o creștere foarte mare. sensibilitatea lămpii la modul de alimentare, la abaterile în dimensiunile de proiectare ale țevii de evacuare și ale conductelor și la calitatea materialelor. Prin urmare, în producția de lămpi cu sodiu de putere redusă, sunt crescute cerințele pentru respectarea toleranțelor pentru dimensiunile geometrice ale ansamblurilor de țevi de evacuare, pentru puritatea materialelor și precizia de dozare a elementelor de umplere. Tehnologii de bază există deja pentru a stăpâni producția în masă a acestor surse de lumină economice și de lungă durată.

OSRAM oferă și o serie de lămpi de putere redusă care nu necesită aprindere (arzătoarele conțin un amestec Penning). Cu toate acestea, eficiența luminii lor este cu 14-15% mai mică decât cea a lămpilor standard.

Unul dintre avantajele lămpilor care nu necesită aprindere cu impulsuri este capacitatea de a le instala în lămpi cu mercur (în alte condiții necesare). De exemplu, lampa NAV E 110 cu un flux luminos de 8000 lm este destul de interschimbabilă cu o lampă cu mercur de tip DRL -125> cu un flux luminos nominal de 6000 — 6500 lm. Evoluții interne similare au fost de multă vreme folosite în țara noastră. În prezent, LISMA OJSC, de exemplu, produce lămpi DNaT 210 și DNaT 360, destinate ca înlocuitori directe pentru DRL 250 și, respectiv, DRL 400.

NLVD fără mercur

În ultimii ani s-au făcut eforturi notabile în domeniul protecției mediului în multe țări. Un domeniu al acestor eforturi este reducerea sau evitarea apariției compușilor toxici ai metalelor grele (de exemplu, mercurul) în produsele industriale finite. Astfel, termometrele medicale care conțin mercur sunt treptat înlocuite cu cele fără mercur.

Aceeași tendință este larg răspândită și în domeniul tehnologiilor de fabricare a surselor de lumină. Conținutul de mercur dintr-o lampă fluorescentă de 40 de wați a scăzut de la 30 mg la 3 mg. În cazul lămpilor cu sodiu de înaltă presiune, acest proces nu progresează atât de repede, și pentru că mercurul crește foarte mult eficiența acestor surse de lumină, care sunt recunoscute astăzi ca fiind cele mai economice.

Lămpile existente și în curs de dezvoltare fără mercur par să aibă un viitor strălucit. Seria deja menționată de lămpi Osram COLORSTAR DSX nu conține mercur, ceea ce este o mare realizare a companiei. Aceste lămpi, împreună cu balasturile electronice speciale, sunt sisteme speciale în care eficiența și simplitatea nu sunt prioritatea cea mai mare.

Linia Sylvania de lămpi fără mercur a fost de multă vreme faimoasă. Producătorul acordă o atenție deosebită proprietăților îmbunătățite de redare a culorilor, comparându-le cu analogii standard din propria producție.

Nu cu mult timp în urmă, a fost publicată dezvoltarea inginerilor de la Matsushita Electric (Japonia), care este un NLVD fără mercur, cu redare ridicată a culorilor, care nu necesită un balast special de impulsuri.

La sfârșitul duratei de viață a unei lămpi tradiționale, culoarea radiației capătă o nuanță roz, din cauza unei modificări a raportului de sodiu la mercur din amalgam.Această nuanță nu creează o impresie deosebit de plăcută, în contrast cu culoarea gălbuie a lămpii de testare în aceleași condiții. Pe măsură ce temperatura de culoare crește, Ra crește mai întâi la un nivel maxim (la T = 2500 K), apoi scade.

Pentru a reduce abaterea, dezvoltatorii au modificat presiunea xenonului și diametrul interior al arzătorului. S-a ajuns la concluzia că abaterea de la linia corpului negru scade odată cu creșterea presiunii xenonului, dar tensiunea de aprindere crește. La o presiune de 40 kPa, tensiunea de aprindere este de aproximativ 2000 V, chiar ținând cont de prezența unui circuit care să o faciliteze. Când diametrul interior se schimbă de la 6 la 6,8 mm, abaterea de la linia neagră a corpului scade, dar eficiența luminoasă scade, ceea ce este inacceptabil pentru sarcina în cauză.

O lampă cu sodiu înalt Ra fără mercur are aproape aceleași caracteristici ca și omologul său care conține mercur. O lampă fără mercur are o durată de viață de 1,3 ori mai mare.

Lămpi de iluminat de înaltă presiune de 150 W cu un indice ridicat de redare a culorii: a — fără mercur, b — versiunea obișnuită.

Lămpi de sodiu de înaltă presiune cu două arzătoare

Apariția recentă a mostrelor în serie de lămpi de sodiu de înaltă presiune cu arzătoare conectate în paralel de la un număr de producători de top sugerează că această direcție este promițătoare, deoarece o astfel de soluție nu numai că contribuie la o creștere semnificativă a duratei de viață a lămpii, ci și înlătură complexitatea. de reaprindere imediată, extinde potențialul de combinare a arzătoarelor cu diferite puteri, compoziție spectrală etc.

În ciuda duratei de viață solide declarate, problema durabilității acestor lămpi trebuie abordată cu prudență.Durata de viață a unei astfel de lămpi este cu adevărat dublată doar dacă lămpile arzătorului aprind continuu pe toată durata de viață a lămpii. În caz contrar, la sfârșitul resursei, arzătorul de lucru începe adesea să ocolească parțial al doilea (acest fenomen este uneori numit „scurgere” electrică; în acest caz, gazul rarefiat din becul exterior este rupt de tensiunea impulsurilor de aprindere. ), și, prin urmare, pot apărea dificultăți la aprinderea acestuia.

Lămpi de sodiu de înaltă presiune cu aprindere de înaltă tensiune

Inginerii japonezi (Toshiba Lighting & Technology oferă o soluție optimă, din punctul lor de vedere, pentru eliminarea fenomenelor mai sus menționate într-o lampă cu două arzătoare. Designul lămpii conține două sonde de aprindere care asigură aprinderea unui anumit arzător atunci când este furnizat impulsuri pozitive sau negative.Balasturile pentru astfel de lămpi conțin două înfășurări.Circuitul este destul de simplu și ieftin.Datorită acestui design, lămpile arzătorului se aprind alternativ.Aprinderea alternantă a arzătoarelor asigură mai puțină „îmbătrânire” a arzătoare și crește semnificativ munca generală Inginerii de la aceeași companie oferă o lampă cu aprindere încorporată care nu necesită o schemă complexă de control.

Unele tendințe în dezvoltarea lămpilor cu sodiu de înaltă presiune

În ce direcții caută designerii și cercetătorii soluții eficiente pentru lămpile cu sodiu de înaltă presiune? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie mai întâi să abordăm dezavantajele evidente ale acestor lămpi legate de confortul vizual, simplitatea și siguranța electrică necesară construcției.Printre acestea, se pot distinge mai multe: proprietăți slabe de redare a culorii, pulsația crescută a fluxului luminos, tensiune mare de aprindere și chiar mai mult - reaprindere.

Judecând după caracteristicile lămpilor cu redare ridicată a culorilor, dezvoltatorii au reușit să se apropie de optimul pentru acest grup de surse de lumină. Lupta împotriva ondulației radiațiilor, care ajunge la 70-80% în lămpile cu sodiu de înaltă presiune, se desfășoară de obicei prin metode comune, cum ar fi comutarea lămpilor în diferite faze ale rețelei (în instalații cu multe lămpi) și furnizarea de curent de înaltă frecvență. . Folosirea balastului electronic special elimină practic această problemă.

Dispozitivele de aprindere cu impulsuri (IZU) utilizate în prezent cu cele mai multe kituri NLVD - PRA complică funcționarea lămpilor și măresc costul lămpii - kit PRA. Impulsurile de aprindere IZU afectează negativ balastul și lampa, există defecțiuni premature ale acestor dispozitive. Prin urmare, dezvoltatorii caută modalități de a reduce tensiunea de aprindere, ceea ce vă permite să abandonați IZU.

Problema asigurării reaprinderii imediate este de obicei rezolvată în două moduri. Este posibil să se utilizeze aprinderi care emit impulsuri de amplitudine crescută, sau să se folosească lampa cu două arzătoare menționată, care nu necesită astfel de dispozitive.

Durata de viață a lămpilor cu sodiu este considerată cea mai lungă dintre sursele de lumină de intensitate ridicată. Cu toate acestea, în acest domeniu, designerii doresc să obțină tot ce este mai bun.Se știe că durata de viață și scăderea fluxului luminos în timpul funcționării depind de viteza cu care sodiul părăsește arzătorul. Scurgerea de sodiu din descărcare duce la îmbogățirea compoziției amalgamului cu mercur și o creștere a tensiunii lămpii la (150 — 160 V) până la stingerea acesteia. Multe cercetări, dezvoltare și brevete au fost dedicate acestei probleme. Printre cele mai de succes soluții, este de remarcat dozatorul de amalgam de la GE, folosit în lămpile în serie. Designul dozatorului asigură un flux strict limitat de amalgam de sodiu în tubul de descărcare pe toată durata de viață a lămpii.Ca urmare, durata de viață este mărită, întunecarea capetelor tubului este redusă, iar fluxul luminos rămâne. aproape constantă (până la 90% din valoarea inițială) .

Desigur, cercetarea și îmbunătățirea lămpilor cu sodiu de înaltă presiune nu s-a încheiat încă și, prin urmare, ar trebui să ne așteptăm la soluții noi, eventual exclusive, într-o familie mare de aceste surse de lumină promițătoare.

Materiale folosite din cartea „Economisirea energiei în iluminat”. Ed. prof. Y. B. Eisenberg.