Тема 8. Газоразрядные лампы высокого давления

Рассматриваемые вопросы:

- устройство и основные характеристики;

- схемы включения в сеть;

- область применения.

Рекомендуемая литература:

- Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

- Епанешников М.М. Электрическое освещение. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1973.

- Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991.

Краткое содержание

Разрядные лампы высокого давления отличаются от ламп низкого давления меньшими размерами и отсутствием подогреваемых электродов. Электроды ламп высокого давления представляют собой стержни, на которые наматывается спираль с оксидным слоем.

В связи с отсутствием предварительно разогреваемых электродов, для зажигания ламп, необходимо более высокое напряжение зажигания.

Его можно получить с помощью резонанса или за счет более высокой ЭДС самоиндукции балластного устройства (дросселя).

Рассмотрим основные типы ламп высокого давления, их устройство и принцип работы. К лампам высокого давления относится целый ряд ртутно-дуговых ламп (ДРТ, ДРЛ, ДРШ и др.), ксеноновые лампы ДКсТ, натриевые лампы типа ДНаТ и металлогалогенные лампы ДРИ. Ртутно-дуговые лампы ДРТ относятся к группе ртутных разрядных ламп высокого давления. Лампы ДРТ изготавливаются из трубок кварцевого стекла, и основное их значение – физиотерапия. В их спектре содержаться интенсивные излучения линий ртути и слабый непрерывный фон в коротковолновой части видимого спектра. Давление ртутных паров в рабочем режиме составляет около 1·10⁵ Па, а максимум излучения в видимой области спектра соответствует желто-зеленой зоне. Лампы ДРТ выпускаются мощностью до 2500 Вт, но наибольшее распространение в светотехнике получили лампы мощностью 375 и 1000 Вт. Они включаются в сеть через специальные ПРА.

Ртутно-дуговые лампы с исправленной цветностью ДРЛ построены на том же принципе, что и лампы ДРТ, но имеют кроме кварцевой горелки наружную колбу, покрытую изнутри люминофором, преобразующим ультра­фиолетовое излучение горелки в видимое.

Благо­даря этому цветность излучения лампы ДРЛ становится удовлетворительной для применения в установках наружного ос­вещения и в производственных помещениях. Качество ламп ДРЛ в отношении цветопередачи принято характеризовать «красным отношением», т. е. отношением светового потока в зоне длин волн 610—700 нм к пол­ному световому потоку лампы.

Промышленность выпускает лампы ДРЛ мощностью от 80 до 1000 Вт. Давление ртутных паров в лампах состав­ляет (2 ÷ 5) 10⁵ Па, световая отдача около 55лм/Вт, «красное соотношение» находится в пределах 6-15 %, срок службы 10 000 ч, надеж­ное зажигание гарантируется при температуре воздуха до минус 60 °С.

 

 

Рис. 3.5.5. Ртутно-дуговая лампа типа ДРТ- 1000

 

Рис. 3.5.6. Ртутно-дуговая лампа с исправленной цветностью типа

ДРЛ

1 — поджигающие электроды, 2 — основные электроды, 3 — горелка; 4 – внешняя колба

Существенным недостатком ламп ДРЛ является большая глубина пуль­саций светового потока (до 75 %), что сопровождается стробоскопическими явлениями. В настоящее время разработаны трехфазные лампы ДРЛТ, глубина пульсаций потока которых составляет 5—15%.

Чтобы зажечь лампу ДРЛ, необходимо создать на ее электродах, повышенное напряжение с помощью специального зажигающего устройства.

Включение лампы упрощается, если в ней имеются дополнительные, так называемые зажигающие электроды, расположенные вблизи рабочих электродов и под­ключенные к электроду противоположной полярности через высокоомные сопротивления.
Лампы первого типа называются двух - электродными, а второго — четырехэлектродными. В настоящее время при­меняются в основном последние.

 

 

Рисунок 3.5.7. Схема включения лампы ДРТ:

 

 

Рисунок 3.5.8. Схема включения лампы ДРЛ (R = 10 ÷ 12 кОм)

 

Поскольку для нормальной работы лампы ДРЛ необходимо иметь опре­деленное установившееся давление в горелке, то процесс «разгорания» лампы занимает несколько минут. Повторное включение лампы возможно после остывания кварцевой горелки, т. е. через 10—15 мин.

Ртутно-дуговые лампы в шаровой колбе ДРШ относятся к группе ламп сверхвысокого давления (в рабочем режиме давление в них составляет около 106 Па). При таком давлении спектр ртутного разряда приобретает непрерывный характер, хотя интенсивное излучение ряда линий ртути при этом сохраняется. Ультрафиолетовая часть спектра практически отсутствует за пределами 290 нм, а «красное соотношение» составляет 4—6 %. Градиент потенциала в разряде сверхвысокого давления большой, что и позволяет иметь лампы с весьма короткой дугой, длиной в несколько миллиметров.

Кварцевая колба лампы имеет вольфрамовые электроды и представляет собой шар. Лампа наполняется инертным газом, а количество ртути строго дозируется, чтобы обеспечить за­данное давление ненасыщенных паров ртути. Для включения лампы в сеть промышленность выпускает специальные ПРА.

 

 

 

Рис. 3.5.9. Ртутно-дуговая лампа в шаровой колбе типа ДРШ

 

Время разгорания лампы составляет несколько минут, повторное включение, возможно после остывания. Лампы ДРШ выпускаются мощностью от 100 до 1000 Вт.

Благодаря малым размерам колбы (до 40 мм), лампы ДРШ являются наиболее подходящими источниками света для прожекторов концентрированного светораспределения. Срок службы ламп нормируется от нескольких десятков до нескольких сотен часов. Лампы сверхвысокого давления, в том числе ДРШ, необходимо хранить и эксплуатировать с соблюдением ряда предо­сторожностей, предписанных инструкцией и исключающих поражение обслуживающего персонала в случае разрыва колбы.

Натриевые лампы высокого давления ДНаТ имеют сплошной спектр и приближающуюся к белой цветность излучении. Шкала мощностей этих ламп 250 -1000 Вт. Глубина пульсации светового потока таких ламп достигает 70 %. Наиболее распространены лампы ДНаТ мощностью 400 Вт, имеющие световую отдачу 115 лм/Вт и срок службы 7000 часов. Лучшие лампы иностранных фирм имеют све­товую отдачу до 140 лм/Вт и срок службы до 24 000 часов. Удов­летворительный цвет излучения этих ламп и их высокая экономичность от­крывают широкие возможности для применения их в установках наружного освещения.

 

 

Рисунок 3.5.10. Натриевая лампа высокого давления типа ДНаТ

1 — горелка; 2 — внешняя колба

На рис.3.5.10 показана лампа ДНаТ в колбе эллипсоидальной
формы. Ряд иностранных фирм изготовляет эти лампы также в колбах типа ДРЛ или в софитном исполнении – линейной формы. Горелка лампы изготовляется из специального керамического материала на ос­нове поликристаллической двуокиси алюми­ния, стойкого к парам натрия при высоких температурах, а внешняя колба лампы — из тугоплавкого стекла. В рабочем режиме тем­пература горелки достигает 1200 °С, а тем­пература колбы 300^ºС.

Металлогалогенные лампы выпускаются под маркой ДРИ — дуговая ртутная с йодидами.

 

Рисунок 3.5.11. Металлогалогенная лампа мощностью 3500 Вт

1 — горелка; 2 — внешняя колба

 

В лампе ДРИ создается разряд в парах высокого давления, обладающий сплошным спектром излучения. Для наполнения лампы применяются смеси йодидов, гольмия, тулия, таллия, цезия, натрия и других элемен­тов, которые вводятся в лампу в виде легко испаряющихся солей.

В рабочем режиме, в процессе не­прерывной диффузии, йодид, попадая в об­ласть повышенной температуры, разлагается на йод и металл, а затем последние, диффун­дируя в область пониженной температуры, вновь соединяются. Для такого процесса рекомбинации необходимо иметь достаточно высокую температуру дуги на оси разряда, быстро спадающую по направлению к стенкам лампы. С другой стороны, чтобы лампа имела небольшие размеры, градиент потенциала в разряде должен быть достаточно большим. Заполнение колбы только йодидами не может обеспечить этих условий. Поэтому в лампу вводится дозированное количество ртути, а для облегчения за­жигания аргон.

Подбирая определенные комбинации йодидов, можно получить излучение», приближающееся по цветности, к той или иной фазе дневного света.

Ряд иностранных фирм изготовляет лампы ДРИ мощностью до 3500 Вт со световой отдачей около 100 лм/Вт и сроком службы более 10000 ч. Лампа фирмы «Осрам» показана на Рис. 3.5.11. Основой лампы является кварцевая горелка, заключенная в вакуумированную или заполненную азотом внешнюю колбу; в данном случае колба имеет цилиндрическую форму. Менее мощные лампы изготовляются в колбах по типу колб для ламп ДРЛ.

Мощные лампы (1000—3500 Вт) рассчитаны на горизонтальную установку с отклонением ±60°, а маломощные (до 400 Вт) могут устанавливаться вертикально или горизонтально с отклонениями ±45° в зависимости от модификации лампы; имеются также лампы, положение которых не влияет на их работу. Для включения ламп применяются специальные схемы с соответствующими устройствами зажигания и стабилизации разряда. Имеются схемы, позволяющие зажигать лампу повторно, не ожидая остывания. Лампы мощностью 2000 Вт и выше рассчитаны обычно на включение в сеть напряжением 380 В.

 

 

Рисунок 3.5.12 Схема включения лампы ДРИ;

 

 

Рисунок 3.5.13 Схема включения лампы ДНаТ

 

Несмотря на высокие экономические и цветовые характеристики, лампы ДРИ имеют недостаточно установившиеся параметры и обладают рядом особенностей, затрудняющих их эксплуатацию.

Тем не менее лампы ДРИ в нacтоящее время признаны наилучшими, когда необходимо обеспечить хорошую цветопередачу при высоких освещенностях (1000- 2000 лк), в особенности для цветных телевизионных съемок и освещения стадионов.

Ксеноновые дуговые трубчатые лампы ДКсТ отличаются от других рядных ламп тем, что они имеют стабилизированный разряд и не нуждаются в балластном сопротивлении. Они представляют собой стеклянную трубку, заполненную ксеноном.

 

 

Рисунок 3.5.14 Ксеноновая дуговая трубчатая лампа типа ДКсТ 1- электроды; 2- колба

Так как градиент потенциала в ксеноновом разряде довольно мал, то лампы ДКсТ имеют большую длину и высокий потенциал зажигания — до 25 000 В. Поэтому пусковые устройства, для этой лампы, довольно сложны и основаны на принципе искрового генератора. Искровой генератор должен работать в период пуска некоторое время, продолжительность которого регулируется с помощью реле времени, входящего в пусковое устройство. Наличие высокого напряжения в пусковой период определяет необходимость применения высоковольтных проводов или кабелей для линий, соединяющих пусковое устройство с лампой.

 

Система водяного охлаждения

Рисунок 3.5.15 Упрощенная схема выключения в сеть лампы ДКсТВ 6000

При включении кнопки SB, через вторичную обмотку зажигающего трансформатора ЗТ, заряжается конденсатор С₁ до напряжения пробоя разрядника Р. При пробое Р, конденсатор С₁ разряжается через обмотку импульсного трансформатора ИТ, и на электроды лампы подается импульс высокого напряжения. В результате этого возникает разряд и ионизация газа в межэлектродном пространстве.

Дальнейшее развитие и стабилизация разряда осуществляется за счет напряжения сети.

После зажигания лампы, выключателем SА, шунтируется обмотка импульсного трансформатора, зажигающее устройство отключается и может быть использовано для включения других ламп.

С целью защиты сети от помех используются конденсаторы С₂ и С₃.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: