Šiuolaikinės aukšto slėgio natrio lempos
Aukšto slėgio natrio lempos (HPL) yra vienas efektyviausių šviesos šaltinių ir jau šiandien jų šviesos efektyvumas siekia iki 160 lm/W esant 30 – 1000 W galiai, jų tarnavimo laikas gali viršyti 25 000 valandų. Mažas šviesos korpuso dydis ir didelis aukšto slėgio natrio lempų ryškumas žymiai išplečia jų pritaikymo galimybes įvairiuose koncentruoto šviesos paskirstymo apšvietimo įrenginiuose.
Paprastai aukšto slėgio natrio lempos veikia su indukciniu arba elektroniniu balastu. Aukšto slėgio natrio lempos uždegamos naudojant specialius uždegiklius, skleidžiančius iki 6 kV impulsus. Paprastai lempų uždegimo laikas yra nuo 3 iki 5 minučių.
Šiuolaikinių aukšto slėgio natrio lempų pranašumai yra palyginti nedidelis šviesos srauto kritimas per eksploatavimo laiką, kuris, pavyzdžiui, lempoms, kurių galia 400 W, yra 10-20% per 15 tūkstančių valandų, kai dega 10 valandų. ciklas. Jei lempos veikia dažniau, šviesos srauto sumažėjimas padidėja maždaug 25 % kiekvieną kartą padvigubėjus ciklui.Tas pats santykis galioja ir apskaičiuojant sutrumpėjusį tarnavimo laiką.
Visuotinai pripažįstama, kad šios lempos naudojamos ten, kur ekonomiškumas yra svarbesnis už tikslų spalvų atkūrimą. Jų šilta geltona šviesa puikiai tinka parkams, prekybos centrams, keliams apšviesti, o kai kuriais atvejais ir dekoratyviniam architektūriniam apšvietimui (puikus to pavyzdys yra Maskva). Šių šviesos šaltinių plėtra per pastarąjį dešimtmetį smarkiai išplėtė jų panaudojimo galimybes dėl naujų galios tipų atsiradimo, taip pat mažos galios lempų ir patobulinto spalvų perteikimo lempų.
1. Aukšto slėgio natrio lempos su patobulintu spalvų perteikimu
Aukšto slėgio natrio lempos šiuo metu yra efektyviausia šviesos šaltinių grupė. Tačiau standartinės aukšto slėgio natrio lempos turi nemažai trūkumų, iš kurių, visų pirma, būtina atkreipti dėmesį į aiškiai pablogėjusias spalvų perteikimo savybes, pasižyminčias žemu spalvų perteikimo indeksu (Ra = 25–28) ir žema spalva. temperatūra (Ttsv = 2000 — 2200 K).
Išsiplėtusios natrio rezonanso linijos sukelia aukso geltonumo emisiją. Manoma, kad aukšto slėgio natrio lempų spalvų perteikimas yra patenkinamas lauko apšvietimui, bet nepakankamas patalpų apšvietimui.
Aukšto slėgio natrio lempų spalvų charakteristikų pagerėjimas daugiausia susijęs su natrio garų slėgio padidėjimu degiklyje, nes didėja šaltosios zonos temperatūra arba didėja natrio kiekis amalgamoje.(amalgama – skystas, pusiau skystas arba karbidinis metalas su gyvsidabriu), didinant išmetimo vamzdžio skersmenį, įvedant spinduliuojančius priedus, padengiant išorinę lemputę fosforo ir trukdžių dangomis bei tiekiant lempas aukšto dažnio impulsine srove. Šviesos srauto sumažėjimą kompensuoja ksenono slėgio padidėjimas (ty plazmos laidumo sumažėjimas).
Daugelis specialistų sprendžia aukšto slėgio natrio lempų spinduliuotės spektrinės sudėties tobulinimo problemą, o nemažai užsienio kompanijų jau gamina aukštos kokybės lempas su pagerintais spalviniais parametrais. Taigi tokių pirmaujančių įmonių nomenklatūroje kaip „General Electric“, „Osram“, „Philips“ yra daugybė natrio lempų su patobulintomis spalvų perteikimo savybėmis.
Tokios lempos, kurių bendras spalvų perteikimo indeksas Ra = 50–70, turi 25% mažesnį šviesos efektyvumą ir perpus trumpesnį tarnavimo laiką, palyginti su standartinėmis versijomis. Verta paminėti, kad pagrindiniai aukšto slėgio natrio lempų parametrai yra gana svarbūs keičiant maitinimo įtampą. Taigi, maitinimo įtampai sumažėjus 5–10%, galia, šviesos srautas, Ra praranda nuo 5 iki 30% savo vardinių verčių, o pakilus įtampai, tarnavimo laikas smarkiai sumažėja.
Bandymai rasti ekonomišką kaitrinės lempos analogą paskatino sukurti naujos kartos natrio lempas. Visai neseniai atsirado mažos galios natrio lempų šeima su patobulintu spalvų perteikimu. „Philips“ pristatė seriją 35–100 W SDW lempų, kurių Ra = 80, o emisijos chroma yra artima kaitinamųjų lempų spalvoms. Lempos šviesos efektyvumas yra 39-49 lm / W, o lempos sistemos - balastas 32-41 lm / W.Toks šviestuvas gali būti sėkmingai naudojamas kuriant dekoratyvinius šviesos akcentus viešose vietose.
° OSRAM COLORSTAR DSX lempų asortimentas kartu su elektroniniu valdymo bloku POWERTRONIC PT DSX yra visiškai nauja apšvietimo sistema, leidžianti, naudojant tą pačią lempą, keisti spalvų temperatūrą. Spalvos temperatūros keitimas nuo 2600 iki 3000 K ir atgal atliekamas naudojant elektroninį balastą su specialiu jungikliu. Tai leidžia vitrinose eksponuojamiems eksponatams sukurti šviesų interjerą, atitinkantį paros laiką ar sezoną. Šios serijos lempos yra nekenksmingos aplinkai, nes jose nėra gyvsidabrio. Apšvietimo instaliacijos iš tokių komplektų kaina yra 5-6 kartus didesnė nei kaitrinių halogeninių lempų.
Lauko apšvietimui buvo sukurta modifikuota COLORSTAR DSX sistemos versija COLORSTAR DSX2. Kartu su specialiu balastu sistemos šviesos srautą galima sumažinti iki 50% vardinės vertės. Šios serijos lempose taip pat nėra gyvsidabrio.
Mažos galios aukšto slėgio natrio lempos
Tarp šiuo metu gaminamų aukšto slėgio natrio lempų didžiausia dalis tenka lempoms, kurių galia yra 250 ir 400 vatų. Esant tokioms galioms, lempų efektyvumas laikomas didžiausiu. Tačiau pastaruoju metu labai išaugo susidomėjimas mažos galios natrio lempomis, nes norima sutaupyti elektros energiją, vidaus apšvietime kaitinamąsias lempas pakeičiant mažos galios išlydžio lempomis.
Užsienio kompanijų pasiekiama minimali aukšto slėgio natrio lempų galia yra 30–35 W.Dujų išlydžio lempų gamykla Poltavoje įsisavino mažos galios natrio lempų, kurių galia 70, 100 ir 150 W, gamybą.
Sunkumai kuriant mažos galios natrio lempas yra susiję su perėjimu prie mažų srovių ir išleidimo vamzdžių skersmenų, taip pat su santykinio elektrodų plotų ilgio padidėjimu, palyginti su atstumu tarp elektrodų, o tai lemia labai aukštą. lempos jautrumas tiekimo režimui, išmetimo vamzdžio ir vamzdžių projektinių matmenų nukrypimams ir medžiagų kokybei. Todėl, gaminant mažos galios natrio lempas, keliami reikalavimai dėl išmetimo vamzdžių mazgų geometrinių matmenų leistinų nuokrypių laikymosi, medžiagų grynumui ir užpildo elementų dozavimo tikslumui. Jau egzistuoja pagrindinės technologijos, leidžiančios valdyti masinę šių ekonomiškų ir ilgaamžių šviesos šaltinių gamybą.
OSRAM taip pat siūlo mažos galios lempų seriją, kurioms nereikia uždegiklio (degikliuose yra Penning mišinio). Tačiau jų šviesos efektyvumas yra 14-15% mažesnis nei standartinių lempų.
Vienas iš lempų, kurioms nereikia impulsinio uždegimo, privalumų yra galimybė jas montuoti į gyvsidabrio lempas (esant kitoms būtinoms sąlygoms). Pavyzdžiui, lempa NAV E 110, kurios šviesos srautas yra 8000 lm, yra gana keičiamas su DRL -125> tipo gyvsidabrio lempa, kurios vardinis šviesos srautas yra 6000–6500 lm. Panašūs vidiniai pokyčiai jau seniai naudojami mūsų šalyje. Šiuo metu, pavyzdžiui, LISMA OJSC gamina DNaT 210 ir DNaT 360 lempas, skirtas atitinkamai tiesiogiai pakeisti DRL 250 ir DRL 400.
NLVD be gyvsidabrio
Pastaraisiais metais daugelyje šalių buvo dedamos didelės pastangos aplinkos apsaugos srityje. Viena iš šių pastangų sričių yra sumažinti arba išvengti toksiškų sunkiųjų metalų junginių (pvz., gyvsidabrio) atsiradimo pramoniniuose galutiniuose gaminiuose. Taigi medicininius termometrus, kuriuose yra gyvsidabrio, pamažu keičia gyvsidabrio neturintys.
Ta pati tendencija plačiai paplitusi ir šviesos šaltinių gamybos technologijų srityje. Gyvsidabrio kiekis 40 vatų liuminescencinėje lempoje sumažėjo nuo 30 mg iki 3 mg. Aukšto slėgio natrio lempų atveju šis procesas nevyksta taip greitai ir dėl to, kad gyvsidabris labai padidina šių šiandien ekonomiškiausiais pripažintų šviesos šaltinių efektyvumą.
Atrodo, kad esamos ir kuriamos lempos be gyvsidabrio turi šviesią ateitį. Jau minėtoje Osram COLORSTAR DSX lempų serijoje gyvsidabrio nėra, o tai yra didelis įmonės pasiekimas. Šios lempos kartu su specialiais elektroniniais balastiniais įtaisais yra specialios paskirties sistemos, kuriose efektyvumas ir paprastumas nėra svarbiausias prioritetas.
Sylvania lempų linija be gyvsidabrio jau seniai garsi. Gamintojas ypatingą dėmesį skiria patobulintoms spalvų perteikimo savybėms, lygindamas jas su standartiniais savo gamybos analogais.
Ne taip seniai buvo paskelbtas „Matsushita Electric“ (Japonija) inžinierių kūrinys – tai NLVD be gyvsidabrio, pasižymintis aukštu spalvų perteikimu ir nereikalaujantis specialaus impulsinio balasto.
Pasibaigus tradicinės lempos tarnavimo laikui, spinduliuotės spalva įgauna rausvą atspalvį, nes amalgamoje pasikeičia natrio ir gyvsidabrio santykis.Šis atspalvis nesukuria itin malonaus įspūdžio, priešingai nei gelsva bandomosios lempos spalva tokiomis pačiomis sąlygomis. Didėjant spalvų temperatūrai, Ra pirmiausia padidėja iki didžiausio lygio (esant T = 2500 K), tada krenta.
Norėdami sumažinti nuokrypį, kūrėjai pakeitė ksenono slėgį ir vidinį degiklio skersmenį. Padaryta išvada, kad nuokrypis nuo juodojo kūno linijos mažėja didėjant ksenono slėgiui, tačiau didėja uždegimo įtampa. Esant 40 kPa slėgiui, uždegimo įtampa yra apie 2000 V, net atsižvelgiant į tai, kad tai palengvina grandinė. Vidiniam skersmeniui pasikeitus nuo 6 iki 6,8 mm, nuokrypis nuo juodos korpuso linijos mažėja, tačiau mažėja šviesos efektyvumas, o tai nepriimtina atliekamai užduočiai.
Didelės Ra natrio lempos be gyvsidabrio charakteristikos yra beveik tokios pačios kaip ir gyvsidabrio turinčios atitikmens. Lempos be gyvsidabrio tarnavimo laikas yra 1,3 karto.
150 W aukšto slėgio apšvietimo lempos su dideliu spalvų perteikimo indeksu: a – be gyvsidabrio, b – įprasta versija.
Aukšto slėgio natrio lempos su dviem degikliais
Pastaruoju metu kai kurių pirmaujančių gamintojų serijiniai aukšto slėgio natrio lempų su lygiagrečiai prijungtais degikliais pavyzdžiai rodo, kad ši kryptis yra perspektyvi, nes toks sprendimas ne tik žymiai padidina lempos tarnavimo laiką, bet ir pašalina sudėtingumą. greitas pakartotinis uždegimas, išplečia galimybes derinti skirtingos galios, spektrinės sudėties ir kt.
Nepaisant nurodyto tvirto tarnavimo laiko, į šių lempų ilgaamžiškumo klausimą reikėtų žiūrėti atsargiai.Tokios lempos tarnavimo laikas tikrai padvigubėja, jei degiklio lempos nuolat šviečia visą lempos tarnavimo laiką. Priešingu atveju, pasibaigus ištekliui, dirbantis degiklis dažnai pradeda iš dalies apeiti antrąjį (šis reiškinys kartais vadinamas elektros „nuotėkiu“; šiuo atveju išorinėje lemputėje susikaupusias dujas sulaužo uždegimo impulsų įtampa ), todėl gali kilti sunkumų jį užsidegus.
Aukšto slėgio natrio lempos su aukštos įtampos uždegikliu
Japonijos inžinieriai („Toshiba Lighting & Technology“ siūlo optimalų, jų požiūriu, sprendimą, kaip pašalinti minėtus reiškinius lempoje su dviem degikliais. Lempos konstrukcijoje yra du uždegimo zondai, kurie užtikrina tam tikro degiklio uždegimą, kai yra tiekiami teigiami arba neigiami impulsai Tokių lempų balastuose yra dvi apvijos Grandinė gana paprasta ir nebrangi.Dėl tokios konstrukcijos degiklio lempos dega pakaitomis.Kaitomas degiklių uždegimas užtikrina mažesnį lempos „senėjimą“ degiklius ir žymiai padidina bendrą darbą Tos pačios įmonės inžinieriai siūlo lempą su įmontuotu uždegikliu, kuriai nereikia sudėtingos valdymo schemos.
Kai kurios aukšto slėgio natrio lempų kūrimo tendencijos
Kokiomis kryptimis dizaineriai ir mokslininkai ieško efektyvių sprendimų aukšto slėgio natrio lempoms? Norėdami atsakyti į šį klausimą, pirmiausia turime atkreipti dėmesį į akivaizdžius šių lempų trūkumus, susijusius su vizualiniu komfortu, paprastumu ir būtinu konstrukcijos elektros saugumu.Tarp jų galima išskirti keletą pagrindinių: prastos spalvų perteikimo savybės, padidėjęs šviesos srauto pulsavimas, aukšta uždegimo įtampa ir dar daugiau – pakartotinis uždegimas.
Sprendžiant iš lempų, turinčių aukštą spalvų perteikimo, charakteristikas, kūrėjams pavyko priartėti prie optimalaus šios šviesos šaltinių grupės. Kova su spinduliuotės bangavimu, kuri aukšto slėgio natrio lempose siekia 70–80%, dažniausiai vykdoma naudojant įprastus metodus, tokius kaip lempų perjungimas įvairiose tinklo fazėse (įrenginiuose su daugybe lempų) ir aukšto dažnio srovės tiekimas. . Specialių elektroninių balastų naudojimas praktiškai pašalina šią problemą.
Šiuo metu su dauguma NLVD – PRA rinkinių naudojami impulsinio uždegimo įtaisai (IZU) apsunkina lempų veikimą ir padidina lempos – PRA komplekto kainą. IZU uždegimo impulsai neigiamai veikia balastą ir lempą, yra ankstyvų šių įrenginių gedimų. Todėl kūrėjai ieško būdų, kaip sumažinti uždegimo įtampą, leidžiančią atsisakyti IZU.
Greito pakartotinio uždegimo užtikrinimo problema paprastai sprendžiama dviem būdais. Galima naudoti padidintos amplitudės impulsus skleidžiančius uždegiklius arba naudoti minėtą dviejų degiklių lempą, kuriai tokių įrenginių nereikia.
Natrio lempų tarnavimo laikas laikomas ilgiausiu tarp didelio intensyvumo šviesos šaltinių. Tačiau šioje srityje dizaineriai nori pasiekti geriausių rezultatų.Yra žinoma, kad eksploatavimo laikas ir šviesos srauto sumažėjimas eksploatacijos metu priklauso nuo natrio išėjimo iš degiklio greičio. Dėl natrio nutekėjimo iš iškrovos amalgamos sudėtis praturtėja gyvsidabriu, o lempos įtampa padidėja iki (150–160 V), kol ji užgęsta. Šiai problemai buvo skirta daug mokslinių tyrimų, plėtros ir patentų. Tarp sėkmingiausių sprendimų verta paminėti GE amalgamos dozatorių, naudojamą serijinėse lempose. Dozatoriaus konstrukcija užtikrina griežtai ribotą natrio amalgamos srautą išlydžio vamzdyje per visą lempos tarnavimo laiką, todėl pailgėja tarnavimo laikas, sumažėja vamzdelio galų patamsėjimas, išlieka šviesos srautas. beveik pastovus (iki 90% pradinės vertės) .
Žinoma, aukšto slėgio natrio lempų tyrimai ir tobulinimas dar nesibaigė, todėl didelėje šių perspektyvių šviesos šaltinių šeimoje turėtume tikėtis naujų, galbūt išskirtinių sprendimų.
Naudotos medžiagos iš knygos „Energijos taupymas apšvietime“. Red. Y. B. Eisenbergas prof.