 |
Галогенные лампы накаливания
|
|
|
|
Принцип действия галогенных ламп накаливания (ГЛН) заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений - галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, осаждаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама.
Галогенная добавка в ЛН с вольфрамовым телом образует химический цикл. Так, если в колбе будет йод, то при температуре 300 - 1200 оС пары йода соединяются на стенке колбы с частицами вольфрама и образуют йодистый вольфрам WI2. Приближаясь к нити накала, уже при температуре выше 1600 оС йодистый вольфрам разлагается на атомы йода и вольфрама, и вольфрам оседает на нить и другие детали, имеющие температуру выше 1600 оС. Освободившиеся атомы йода вновь соединяются на стенках с вольфрамом. Таким образом, атомы йода являются как бы перевозчиками вольфрама со стенок колбы на нить.
Но чтобы организовать йодно - вольфрамовый цикл, необходимо выполнить следующие условия: 1) минимальная температура тела накала должна быть не менее 1600 о С; 2) температура внутренней стенки колбы 500 - 600 о С.
Устройство ГЛН: колба лампы - длинная узкая кварцевая трубка; тело накала - прямолинейная вольфрамовая спираль, закрепленная на держателях и выводы, впаянные в кварц по оси.
Достоинства
1. ГЛН по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный по времени световой поток при светоотдаче 22-26 лм/Вт.
2. Повышенный полезный срок службы – до 2000 часов.
3. Малые размеры и более прочная кварцевая колба.
Недостатки
1. Агрессивность йода к металлическим деталям лампы.
2. Длинные линейные ГЛН невозможно долго эксплуатировать в вертикальном состоянии - галогенные добавки и газ разделяются, и цикл прекращается.
|
|
|
3. Высокая стоимость кварцевых трубок и в целом ламп.
Газоразрядные лампы
Принцип действия заключается в том, что оптическое излучение возникает в результате электрического разряда в газах, парах или их смесях. Газоразрядные лампы делятся на лампы люминесцентные низкого давления (ЛЛНД) и газоразрядные лампы высокого давления (ГЛВД).
Достоинства
1. Высокая световая отдача (до 90 лм/ВТ).
2. Большой срок службы (до 15000 ч.).
3. Возможность иметь источник света различного спектрального состава.
4. Относительно низкая ослепляемость.
5. Малая зависимость светового потока при небольших отклонениях напряжения до 10% от номинального.
Недостатки
1. Относительная сложность включения - отсюда большая стоимость.
2. Ограниченная единичная мощность, большие размеры.
3. Невозможность переключения ламп питающихся переменным током на постоянный ток.
4. Зависимость характеристик ламп от температуры окружающей среды, при низких температурах зажигание не гарантируется.
5. Значительное снижение светового потока к концу срока службы (в 1,5-2 раза), иногда с изменением спектра.
6. Вредные для зрения пульсации светового потока с частотой 100 Гц (для ламп с индуктивным или емкостным пуско-регулирующим аппататом (ПРА)).
7. Возможное незагорание ламп при снижении напряжения более чем на 10%.
Принцип действия люминесцентных ламп низкого давления основан на электрическом разряде между двумя электродами, запаянными в прозрачную для оптического излучения колбу той или иной формы. Наибольшее распространение получили колбы цилиндрические в виде трубок большой длины относительно диаметра.
Вид разряда в основном тлеющий который характеризуется малой плотностью тока на катоде - от 10-5 до 10-2 А/см2 , низким давлением газа в колбе и довольно большим падением напряжения на катоде - 50 - 400 В. Свечение тлеющего разряда практически заполняет всю трубку. Столб разряда представляет собой плазму, состоящую из смеси нейтральных атомов, электронов и ионов. Внешнее электрическое поле, приложенное к столбу разряда между электродами, вызывает ускоренное движение электронов.
|
|
|
В результате соударения электронов с нейтральными атомами происходит выброс энергии в виде фотонов, которые покидают столб разряда и создают невидимое ультрафиолетовое излучение. При воздействии его на люминофор, возникает вторичное излучение в видимой части спектра. Но при низком давлении газа свечение его невелико. Усиливается свечение за счет люминофора, покрывающего внутреннюю стенку трубки.
Маркировка люминесцентных ламп (ЛЛ) общего назначения: Д - дневного света, Б - белая, ХБ - холодно-белая, ТБ - тепло-белая, Ц - правильной цветопередачи, Р - рефлекторная, Е - естественно-белые, U и W - образные, К - кольцевые.
Таблица 2.2
Технические характеристики ламп общего назначения
напряжением 220В
| Мощ- ность ВТ | Длина мм | Ф, лм | ||||||
| ЛБ | ЛТБ | ЛХБ | ЛД | ЛДЦ | ЛЕЦ | ЛТБЦ | ||
Натриевые лампы низкого давления
Теоретически самая высокая эффективность достигается в натриевых лампах низкого давления. Здесь электрическая энергия полностью преобразуется в видимое излучение. Видимое излучение этих ламп создается непосредственно разрядом в газе Спектральная линия натрия соответствует 589 нм в то время как у ртутных ламп 253 нм (максимальная чувствительность глаза 512-555 нм). Теоретически светоотдача должна быть примерно 520 лм/Вт, но практически она не превышает 40% от нее т.е. 200-230 лм/Вт, так как 60% подводимой энергии тратится на поддержание температуры газового разряда
Светоотдача натриевых ламп в два раза выше чем у обычных люминесцентных
Недостатки.
1. Процесс запуска лампы продолжается около 10 минут.
2. При включении лампа имеет красный цвет.
По мере прогревания цветоощущение постепенно изменяется, и приблизительно через 10 минут она приобретает свой истинный желтый цвет, который не может быть изменен с помощью фильтров. Все объекты представляются как желтые или имеют оттенки желтого цвета. Поэтому такие лампы применяются в областях, где цветопередача не имеет важного значения.
|
|
|
Индукционные лампы
Индукционная лампа основана на принципе разряда в газе низкого давления. Основная особенность лампы новой системы – это отсутствие электродов для ионизации газа. Внутри лампы встроен индуктор, который подключается к внешнему высокочастотному генератору с частотой 2,65 МГц. Индуктор создает электромагнитное поле внутри разрядной трубки. Переменное поле вызывает электрический ток в газе, что приводит к его ионизации. Принципиальное отличие этого электротехнологического достижения – продление службы лампы до 60000 часов. Индукционная лампа может гореть по 8 часов в день в течение приблизительно 20 лет.
Сетевой низкочастотный фильтр генератора обеспечивает электромагнитную совместимость устройства по цепи питания.
Время включения лампы меньше 0,1 секунды. Коэффициент мощности выше 0,9.
Лампы высокого давления
В люминесцентных лампах высокого и сверхвысокого давлений применяется дуговой разряд, отличающийся от тлеющего высокой плотностью тока на катоде 102 - 104 А/см2 и малым катодным падением напряжения 5 - 15 В.
Наибольшее распространение получили лампы дуговые ртутные люминесцентные (ДРЛ). При отсутствии в лампе люминофора происходит сильное искажение цвета предметов (цветопередача).
Конструкции ртутных ламп высокого и сверхвысокого давления самые разнообразные, но в основном в виде колбы и трубчатые
Таблица 2.3
Основные параметры ламп типа ДРЛ
| Тип лампы | Мощность лампы, Вт | Напряжение на лампе | Ток, А | Световой поток, клм |
| ДРЛ80 | 0,8 | 3,4 | ||
| ДРЛ125 | 1,15 | 6,0 | ||
| ДРЛ250 | 2,13 | 13,0 | ||
| ДРЛ400 | 3,25 | 23, | ||
| ДРЛ700 | 3,4 | 40,0 | ||
| ДРЛ1000 | 7,5 | 57,0 | ||
| ДРЛ2000 | 8,0 | 120,0 |
Применение различных добавок в слой люминофора и паров редкоземельных элементов в разрядную трубку частично исправляют цветопередачу ламп. Конструкция и устройство лампы показано на рисунке.
|
|
|
Конструкция лампы ДРЛ:1-внешняя стеклянная колба; 2-слой люминофора; 3- разрядная трубка; 4- рабочий электрод; 5- зажигающий электрод; 6- отражающий экран; 7- ограничивающий резистор в цепи зажигающего электрода
В кварцевую трубку 3 налита ртуть и закачен аргон. Аргон служит для облегчения зажигания разряда и защиты электродов от распыления на начальной стадии разгорания лампы.
После зажигания дугового разряда между основными (4) и вспомогательными (5) электродами происходит нагревание разрядной трубки и испарение ртути. Давление ее паров повышается, вместе с тем, изменяются все характеристики разряда: растет напряжение мощность на лампе, разряд стягивается в яркий светящийся шнур по оси трубки, растет поток излучения и КПД.
Этот процесс продолжается в течении 5 ¸ 7 мин до тех пор пока не испарится вся ртуть, после чего все параметры стабилизируются.
Достоинства
1. Высокая световая отдача (до 60 лм/ВТ).
2. Большой срок службы (до 15000 ч.).
3. Компактность и большая мощность ламп.
4. Некритичность к условиям внешней среды.
Недостатки
1. Преобладание в спектре сине-зеленой части.
2. Возможность работы только на переменном напряжении.
3. Большая пульсация светового потока (стробоскопический эффект).
4. Необходимость в пускорегулирующей аппаратуре.
5. Большая длительность зажигания (порядка 7-10 мин.).
6. Снижение светового потока к концу службы.
Металлогалогенные лампы.
Металлогалогенные лампы по конструкции подобны ртутной лампе высокого давления.
Главное различие между ними состоит в том, что разрядная трубка в дополнение к ртути содержит ряд соединений металлов с галогенами – галогенидов. Эти соединения по достижении лампой номинального теплового режима частично испаряются и разлагаются в горячей центральной области дуги на галогены и парообразный металл, которые излучают световой поток с соответствующим спектром.
Металлогалогенные лампы также требуют включения балластного сопротивления в цепи питания.
Напряжение, ограниченное балластным сопротивлением, недостаточно, чтобы запустить лампу, поэтому необходимо внешнее пусковое устройство.
|
|
|
