Moderné vysokotlakové sodíkové výbojky

Vysokotlakové sodíkové výbojky (HPL) sú jedným z najefektívnejších svetelných zdrojov a už dnes majú svetelnú účinnosť až 160 lm/W pri výkonoch 30 — 1000 W, ich životnosť môže presiahnuť 25 000 hodín. Malé rozmery svetelného telesa a vysoká svietivosť vysokotlakových sodíkových výbojok výrazne rozširujú možnosti ich aplikácie v rôznych osvetľovacích zariadeniach s koncentrovaným rozložením svetla.

Vysokotlakové sodíkové výbojky zvyčajne pracujú s indukčným alebo elektronickým predradníkom. Vysokotlakové sodíkové výbojky sa zapaľujú pomocou špeciálnych zapaľovačov, ktoré vyžarujú impulzy do 6 kV. Doba svietenia svietidiel je zvyčajne 3 až 5 minút.

K výhodám moderných vysokotlakových sodíkových výbojok patrí relatívne malý pokles svetelného toku počas životnosti, ktorý je napríklad u výbojok s výkonom 400 W 10-20% za 15 000 hodín pri 10-hodinovom svietení. cyklu. Pri častejšie prevádzkovaných lampách sa pokles svetelného toku zvýši približne o 25 % pri každom zdvojnásobení cyklu.Rovnaký vzťah platí aj pre výpočet zníženia životnosti.

Všeobecne sa uznáva, že tieto lampy sa používajú tam, kde je dôležitejšia hospodárnosť ako presná reprodukcia farieb. Ich teplé žlté svetlo je celkom vhodné na osvetlenie parkov, nákupných centier, ciest a v niektorých prípadoch aj na dekoratívne architektonické osvetlenie (výborným príkladom je Moskva). Vývoj týchto svetelných zdrojov v poslednom desaťročí viedol k dramatickému rozšíreniu možností ich použitia v dôsledku objavenia sa nových typov výstupov, ako aj žiaroviek s nízkym výkonom a lámp so zlepšeným podaním farieb.

1. Vysokotlakové sodíkové výbojky so zlepšeným podaním farieb

Vysokotlakové sodíkové výbojky sú v súčasnosti najefektívnejšou skupinou svetelných zdrojov. Štandardné vysokotlakové sodíkové výbojky však majú množstvo nevýhod, z ktorých si treba v prvom rade všimnúť výrazne zhoršené vlastnosti podania farieb, ktoré sa vyznačujú nízkym indexom podania farieb (Ra = 25 — 28) a nízkou farebnosťou. teplota (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Rozšírené čiary sodíkovej rezonancie spôsobujú zlatožltú emisiu. Farebné podanie vysokotlakových sodíkových výbojok sa považuje za vyhovujúce pre vonkajšie osvetlenie, ale nedostatočné pre vnútorné osvetlenie.

Zlepšenie farebného výkonu vysokotlakových sodíkových výbojok je spôsobené najmä zvýšením tlaku sodíkových pár v horáku pri zvyšovaní teploty studenej zóny alebo obsahu sodíka v amalgáme.(amalgám — tekutý, polotekutý alebo karbidový kov s ortuťou), zväčšenie priemeru výfukového potrubia, zavedenie radiačných prísad, nanesenie fosforu a interferenčných povlakov na vonkajšiu banku a napájanie výbojok vysokofrekvenčným pulzným prúdom. Pokles svetelného toku je kompenzovaný zvýšením tlaku xenónu (tj poklesom vodivosti plazmy).

Problémom zlepšenia spektrálneho zloženia žiarenia vysokotlakových sodíkových výbojok sa zaoberá mnoho špecialistov a množstvo zahraničných firiem už vyrába kvalitné výbojky s vylepšenými farebnými parametrami.Takže v nomenklatúre takých popredných firiem ako napr. General Electric, Osram, Philips existuje široká skupina sodíkových výbojok so zlepšenými vlastnosťami podania farieb.

Takéto svietidlá so všeobecným indexom podania farieb Ra = 50 — 70 majú o 25 % nižšiu svetelnú účinnosť a polovičnú životnosť v porovnaní so štandardnými verziami. Stojí za zmienku, že hlavné parametre vysokotlakových sodíkových výbojok sú dosť dôležité pre zmeny napájacieho napätia. Takže pri poklese napájacieho napätia o 5-10% stratí výkon, svetelný tok, Ra od 5 do 30% svojich nominálnych hodnôt a keď napätie stúpa, životnosť prudko klesá.

Pokusy nájsť ekonomický analóg žiarovky viedli k vytvoreniu novej generácie sodíkových výbojok. Nedávno sa objavila rodina sodíkových výbojok s nízkym výkonom s vylepšeným podaním farieb. Spoločnosť Philips predstavila sériu 35 – 100 W žiaroviek SDW s Ra = 80 a sýtosť emisie je blízka žiarovkám. Svetelná účinnosť svietidla je 39 — 49 lm/W a svetelný systém — predradník 32 — 41 lm/W.Takáto lampa môže byť úspešne použitá na vytvorenie dekoratívnych svetelných akcentov na verejných miestach.

° Rad žiaroviek OSRAM COLORSTAR DSX spolu s elektronickou riadiacou jednotkou POWERTRONIC PT DSX predstavuje úplne nový osvetľovací systém, ktorý umožňuje pomocou tej istej žiarovky meniť teplotu farieb. Zmena teploty farby z 2600 na 3000 K a späť sa vykonáva pomocou elektronického predradníka so špeciálnym spínačom. To umožňuje vytvoriť svetlý interiér pre exponáty vystavené vo vitrínach zodpovedajúci dennej dobe alebo ročnému obdobiu. Lampy tejto série sú šetrné k životnému prostrediu, keďže neobsahujú ortuť. Náklady na osvetľovaciu inštaláciu vyrobenú z takýchto súprav sú 5-6 krát vyššie ako náklady na halogénové žiarovky.

Pre vonkajšie osvetlenie bola vyvinutá upravená verzia systému COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2. Spolu so špeciálnym predradníkom je možné znížiť svetelný tok systému až na 50 % nominálnej hodnoty. Táto séria lámp tiež neobsahuje ortuť.

Nízkoenergetické vysokotlakové sodíkové výbojky

Spomedzi v súčasnosti vyrábaných vysokotlakových sodíkových výbojok pripadá najväčší podiel na výbojky s výkonom 250 a 400 wattov. Pri týchto výkonoch sa účinnosť svietidiel považuje za maximálnu. V poslednom čase však výrazne vzrástol záujem o nízkopríkonové sodíkové výbojky kvôli túžbe ušetriť elektrickú energiu výmenou žiaroviek za výbojky s nízkym príkonom vo vnútornom osvetlení.

Minimálny výkon vysokotlakových sodíkových výbojok dosahovaný zahraničnými spoločnosťami je 30 — 35 W.Závod plynových výbojok v Poltave si osvojil výrobu nízkovýkonových sodíkových výbojok s výkonom 70, 100 a 150 W.

Ťažkosti pri vytváraní sodíkových výbojok s nízkym výkonom sú spojené s prechodom na malé prúdy a priemery výbojových rúrok, ako aj so zväčšením relatívnej dĺžky plôch elektród v porovnaní so vzdialenosťou medzi elektródami, čo vedie k veľmi vysokým citlivosť svietidla na režim prívodu, na odchýlky v konštrukčných rozmeroch výfukového potrubia a potrubí a na kvalitu materiálov. Preto sa pri výrobe sodíkových výbojok s nízkym výkonom zvyšujú požiadavky na dodržanie tolerancií geometrických rozmerov zostáv výfukového potrubia, na čistotu materiálov a presnosť dávkovania plniacich prvkov. Už existujú základné technológie na zvládnutie sériovej výroby týchto úsporných svetelných zdrojov s dlhou životnosťou.

OSRAM ponúka aj sériu žiaroviek s nízkym výkonom, ktoré nevyžadujú zapaľovač (horáky obsahujú zmes Penning). Ich svetelná účinnosť je však o 14-15% nižšia ako u štandardných svietidiel.

Jednou z výhod lámp, ktoré nevyžadujú impulzný zapaľovač, je možnosť ich inštalácie do ortuťových výbojok (za iných nevyhnutných podmienok). Napríklad výbojka NAV E 110 so svetelným tokom 8000 lm je celkom zameniteľná s ortuťovou výbojkou typu DRL -125> s menovitým svetelným tokom 6000 — 6500 lm. Podobný vnútorný vývoj sa u nás už dávno používa. V súčasnosti napríklad LISMA OJSC vyrába lampy DNaT 210 a DNaT 360, ktoré sú priamou náhradou za DRL 250 a DRL 400.

NLVD bez obsahu ortuti

V posledných rokoch sa v mnohých krajinách vynaložilo značné úsilie v oblasti ochrany životného prostredia. Jednou z oblastí tohto úsilia je zníženie alebo zamedzenie výskytu toxických zlúčenín ťažkých kovov (napr. ortuti) v priemyselných hotových výrobkoch. Lekárske teplomery s obsahom ortuti sa tak postupne nahrádzajú bezortuťovými.

Rovnaký trend je rozšírený v oblasti technológií výroby svetelných zdrojov. Obsah ortuti v 40-wattovej žiarivke klesol z 30 mg na 3 mg. V prípade vysokotlakových sodíkových výbojok tento proces nenapreduje tak rýchlo, aj preto, že ortuť výrazne zvyšuje účinnosť týchto svetelných zdrojov, ktoré sú dnes uznávané ako najhospodárnejšie.

Zdá sa, že existujúce a vyvíjajúce sa bezortuťové výbojky majú svetlú budúcnosť. Už spomínaná séria žiaroviek Osram COLORSTAR DSX neobsahuje ortuť, čo je veľkým úspechom spoločnosti. Tieto žiarovky spolu so špeciálnymi elektronickými predradníkmi sú špeciálne systémy, kde účinnosť a jednoduchosť nie sú najvyššou prioritou.

Rad bezortuťových lámp Sylvania je už dlho známy. Výrobca venuje osobitnú pozornosť zlepšeným vlastnostiam podania farieb a porovnáva ich so štandardnými analógmi vlastnej výroby.

Nie je to tak dávno, čo bol zverejnený vývoj inžinierov z Matsushita Electric (Japonsko), čo je NLVD bez obsahu ortuti s vysokým farebným podaním, ktoré nevyžaduje špeciálny pulzný predradník.

Na konci životnosti klasickej lampy nadobudne farba žiarenia ružovkastý odtieň, v dôsledku zmeny pomeru sodíka k ortuti v amalgáme.Toto tienidlo nepôsobí obzvlášť príjemným dojmom, na rozdiel od žltkastej farby testovacej lampy za rovnakých podmienok. Keď sa teplota farby zvyšuje, Ra sa najprv zvýši na maximálnu úroveň (pri T = 2500 K), potom klesá.

Na zníženie odchýlky vývojári zmenili tlak xenónu a vnútorný priemer horáka. Dospelo sa k záveru, že odchýlka od čiary čierneho telesa klesá so zvyšujúcim sa tlakom xenónu, ale zvyšuje sa zápalné napätie. Pri tlaku 40 kPa je napätie zapaľovania asi 2000 V, a to aj pri zohľadnení prítomnosti obvodu na jeho uľahčenie. Pri zmene vnútorného priemeru zo 6 na 6,8 mm sa odchýlka od čiernej čiary tela zmenšuje, ale svetelná účinnosť klesá, čo je pre danú úlohu neprijateľné.

Sodíková výbojka s vysokým obsahom Ra bez ortuti má takmer rovnaké vlastnosti ako jej náprotivok s obsahom ortuti. Bezortuťová lampa má 1,3-krát dlhšiu životnosť.

150 W vysokotlakové svetelné zdroje s vysokým indexom podania farieb: a — bez ortuti, b — bežná verzia.

Vysokotlakové sodíkové výbojky s dvoma horákmi

Nedávny výskyt sériových vzoriek vysokotlakových sodíkových výbojok s paralelne zapojenými horákmi od viacerých popredných výrobcov naznačuje, že tento smer je sľubný, pretože takéto riešenie nielenže prispieva k výraznému zvýšeniu životnosti žiarovky, ale tiež odstraňuje zložitosť. okamžitého opätovného zapálenia, rozširuje možnosti kombinovania horákov s rôznym výkonom, spektrálnym zložením atď.

Napriek udávanej solídnej životnosti treba k otázke životnosti týchto svietidiel pristupovať opatrne.Životnosť takejto lampy sa skutočne zdvojnásobí iba vtedy, ak lampy horákov svietia nepretržite počas celej životnosti lampy. V opačnom prípade na konci zdroja pracovný horák často začne čiastočne obchádzať druhý (tento jav sa niekedy nazýva elektrický „únik“; v tomto prípade sa riedky plyn vo vonkajšej žiarovke rozbije napätím zapaľovacích impulzov ), a preto môžu vzniknúť ťažkosti s jeho zapálením.

Vysokotlakové sodíkové výbojky s vysokonapäťovým zapaľovačom

Japonskí inžinieri (Toshiba Lighting & Technology ponúka optimálne, z ich pohľadu, riešenie na elimináciu vyššie uvedených javov pri svietidle s dvoma horákmi. Konštrukcia svietidla obsahuje dve zapaľovacie sondy, ktoré zabezpečia zapálenie určitého horáka pri sú dodávané kladné alebo záporné impulzy Predradníky pre takéto žiarovky obsahujú dve vinutia Zapojenie je pomerne jednoduché a lacné. Vďaka tejto konštrukcii sa žiarovky horáka rozsvecujú striedavo. Striedavé zapaľovanie horákov zabezpečuje menšie «starnutie» horákov a výrazne zvyšuje celkovú prácu Inžinieri z tej istej spoločnosti ponúkajú lampu so vstavaným zapaľovačom, ktorý nevyžaduje zložitú schému ovládania.

Niektoré trendy vo vývoji vysokotlakových sodíkových výbojok

V akých smeroch hľadajú dizajnéri a výskumníci efektívne riešenia pre vysokotlakové sodíkové výbojky? Aby sme na túto otázku odpovedali, musíme sa najskôr zaoberať zjavnými nevýhodami týchto svietidiel súvisiacich s vizuálnym komfortom, jednoduchosťou a potrebnou elektrickou bezpečnosťou konštrukcie.Medzi nimi je možné rozlíšiť niekoľko hlavných: zlé vlastnosti podania farieb, zvýšená pulzácia svetelného toku, vysoké zapaľovacie napätie a ešte viac - opätovné zapálenie.

Súdiac podľa charakteristík lámp s vysokým podaním farieb sa vývojárom podarilo priblížiť k optimálnemu stavu pre túto skupinu svetelných zdrojov. Boj proti zvlneniu žiarenia, ktoré dosahuje 70 – 80 % pri vysokotlakových sodíkových výbojkách, sa zvyčajne vykonáva bežnými metódami, ako je spínanie lámp v rôznych fázach siete (v inštaláciách s mnohými výbojkami) a dodávanie vysokofrekvenčného prúdu. . Použitie špeciálnych elektronických predradníkov tento problém prakticky eliminuje.

Impulzné zapaľovacie zariadenia (IZU), ktoré sa v súčasnosti používajú pri väčšine súprav NLVD - PRA, komplikujú prevádzku lámp a zvyšujú cenu svietidla - súpravy PRA. Impulzy zapaľovania IZU negatívne ovplyvňujú predradník a lampu, dochádza k predčasným poruchám týchto zariadení. Preto vývojári hľadajú spôsoby, ako znížiť napätie zapaľovania, čo vám umožní opustiť IZU.

Problém zabezpečenia okamžitého opätovného zapálenia sa zvyčajne rieši dvoma spôsobmi. Je možné použiť zapaľovače, ktoré vydávajú impulzy so zvýšenou amplitúdou, alebo použiť spomínanú dvojhorákovú lampu, ktorá takéto zariadenia nevyžaduje.

Životnosť sodíkových výbojok je považovaná za najdlhšiu spomedzi svetelných zdrojov s vysokou intenzitou. Avšak v tejto oblasti chcú dizajnéri dosiahnuť to najlepšie.Je známe, že životnosť a pokles svetelného toku počas prevádzky závisí od rýchlosti, ktorou sodík opúšťa horák. Únik sodíka z výboja vedie k obohateniu zloženia amalgámu ortuťou a zvýšeniu napätia lampy na (150 — 160 V), až kým nezhasne. Tomuto problému sa venovalo veľa výskumu, vývoja a patentov. Medzi najúspešnejšie riešenia stojí za zmienku dávkovač amalgámu od GE, používaný v sériových lampách. Konštrukcia dávkovača zaisťuje prísne obmedzený prietok sodíkového amalgámu vo výbojke počas celej životnosti lampy.V dôsledku toho sa zvyšuje životnosť, znižuje sa stmavnutie koncov trubice a zostáva zachovaný svetelný tok takmer konštantná (až 90 % pôvodnej hodnoty) .

Samozrejme, výskum a zdokonaľovanie vysokotlakových sodíkových výbojok ešte nekončí, a preto by sme sa mali dočkať nových, možno exkluzívnych riešení vo veľkej rodine týchto perspektívnych svetelných zdrojov.

Použité materiály z knihy "Úspora energie pri osvetlení". Ed. Prof. Y. B. Eisenberg.