现代高压钠灯

高压钠灯 (HPL) 是最高效的光源之一,如今在 30 - 1000 W 的功率下,光效率已高达 160 lm/W,使用寿命超过 25,000 小时。灯体的小尺寸和高压钠灯的高亮度,大大拓展了其在各种光分布集中的照明装置中的应用可能性。

通常,高压钠灯使用电感或电子镇流器工作。高压钠灯使用发射高达 6 kV 脉冲的特殊点火器点燃。灯具的点亮时间一般为3~5分钟。

现代高压钠灯的优点包括在使用寿命期间光通量下降相对较小,例如,对于功率为 400 W 的灯,在 15,000 小时内燃烧 10 小时,光通量下降 10-20%循环。对于工作频率更高的灯,周期每增加一倍,光通量的下降就会增加大约 25%。同样的关系适用于计算使用寿命的减少。

人们普遍认为,这些灯用于经济比准确的色彩再现更重要的地方。它们的暖黄光非常适合照亮公园、购物中心、道路,在某些情况下也适合用于装饰性建筑照明(莫斯科就是一个很好的例子)。由于出现了新的输出类型,以及低功率灯和具有改进显色性的灯,这些光源在过去十年中的发展导致了它们使用可能性的急剧扩展。

1. 显色性提高的高压钠灯

现代高压钠灯高压钠灯是目前效率最高的一组光源。然而,标准的高压钠灯有许多缺点,其中首先需要注意的是显色性能明显下降,其特点是显色指数低 (Ra = 25 — 28) 和低显色度温度 (Ttsv = 2000 — 2200 K)。

加宽的钠共振线导致金黄色发射。高压钠灯的显色性对于户外照明而言是令人满意的,但对于室内照明而言则不足。

高压钠灯显色性能的改善主要是由于冷区温度升高或汞齐钠含量增加导致燃烧器内钠蒸气压升高。(汞齐——液态、半液态或碳化物金属与汞),增加排气管的直径,引入辐射添加剂,在外灯泡上涂上荧光粉和干涉涂层,并为灯提供高频脉冲电流。光通量的降低由氙气压力的增加(即等离子体电导率的降低)来补偿。

许多专家正在研究改善高压钠灯辐射光谱组成的问题,一些外国公司已经在生产具有改进颜色参数的高质量灯。因此,在诸如General Electric、Osram、Philips 都有大量具有改进显色性能的钠灯。

与标准版本相比,一般显色指数 Ra = 50 — 70 的此类灯的光效降低了 25%,使用寿命缩短了一半。值得注意的是,高压钠灯的主要参数对于供电电压的变化相当重要。因此,随着电源电压降低 5-10%,功率、光通量、Ra 将失去其标称值的 5-30%,而当电压升高时,使用寿命急剧下降。

试图找到一种经济的白炽灯类似物导致了新一代钠灯的诞生。最近,出现了一系列具有改进显色性的低功率钠灯。飞利浦推出了一系列Ra=80的35-100W SDW灯,发射色度接近白炽灯。灯的发光效率为 39 — 49 lm/W,灯系统 — 镇流器为 32 — 41 lm/W。这种灯可以成功地用于在公共场所营造装饰性的灯光效果。

° 欧司朗 COLORSTAR DSX 灯系列与 POWERTRONIC PT DSX 电子控制单元一起,是一个全新的照明系统,允许使用同一盏灯来改变色温。使用带有特殊开关的电子镇流器可将色温从 2600 更改为 3000 K 并返回。这使您可以根据一天中的时间或季节为陈列柜中展示的展品创建明亮的内部空间。这个系列的灯是环保的,因为它们不含汞。由此类套件制成的照明装置的成本比白炽卤素灯高 5-6 倍。

COLORSTAR DSX 系统的改进版本 COLORSTAR DSX2 已开发用于室外照明。与专用镇流器一起,系统的光通量可降低至标称值的50%。该系列灯具也不含汞。

现代高压钠灯

小功率高压钠灯

目前生产的高压钠灯中,功率最大的是250瓦和400瓦的灯。在这些功率下,灯的效率被认为是最大的。然而,近来,由于希望通过在室内照明中用低瓦数放电灯替换白炽灯来节省电力,对低瓦数钠灯的兴趣显着增加。

国外公司实现的高压钠灯最小功率为30—35W。波尔塔瓦气体放电灯厂掌握了70、100、150瓦小功率钠灯的生产能力。

制造低功率钠灯的困难在于向小电流和放电管直径的过渡,以及与电极之间的距离相比电极区域的相对长度的增加,这导致非常高的灯对供应方式、排气管和管道设计尺寸偏差以及材料质量的敏感性。因此,在生产小功率钠灯时,对排气管组件几何尺寸的公差要求、材料的纯度和填料的剂量精度的要求都提高了。掌握这些经济、持久光源的大规模生产的基本技术已经存在。

欧司朗还提供一系列不需要点火器的低功率灯(燃烧器包含潘宁混合物)。但是,它们的光效比标准灯低 14-15%。

不需要脉冲点火器的灯的优点之一是能够将它们安装在汞灯中(在其他必要条件下)。例如,光通量为 8000 lm 的 NAV E 110 灯与标称光通量为 6000 — 6500 lm 的 DRL -125> 型汞灯完全可以互换。我国长期以来一直在使用类似的内部开发。例如,LISMA OJSC 目前生产 DNaT 210 和 DNaT 360 灯,旨在分别直接替代 DRL 250 和 DRL 400。

无汞 NLVD

近年来,许多国家在环境保护领域做出了显着的努力。这些努力的一个领域是减少或避免工业成品中重金属(例如汞)有毒化合物的出现。因此,含汞医用体温计正逐渐被无汞体温计所取代。

同样的趋势在光源制造技术领域也很普遍。 40 瓦荧光灯中的汞含量已从 30 毫克降至 3 毫克。在高压钠灯​​的情况下,这个过程并没有那么快地进行,也是因为汞大大提高了这些光源的效率,这些光源是当今公认的最经济的。

现有和开发中的无汞灯似乎有着光明的未来。已经提到的欧司朗COLORSTAR DSX系列灯不含汞,这是该公司的一大成就。这些灯以及特殊的电子镇流器是特殊用途的系统,效率和简单性不是最优先考虑的。

Sylvania 的无汞灯系列久负盛名。制造商特别注意改进的显色性能,并将它们与自己生产的标准类似物进行比较。

不久前,松下电器(日本)工程师的研发成果发表,这是一款无需特殊脉冲镇流器、高显色性的无汞NLVD。

在传统灯的使用寿命结束时,由于汞合金中钠与汞的比例发生变化,辐射的颜色呈现粉红色调。与相同条件下测试灯的淡黄色相比,这种色调不会产生特别令人愉悦的印象。随着色温的增加,Ra 首先增加到最大水平(在 T = 2500 K 时),然后下降。

为了减少偏差,开发人员改变了氙气压力和燃烧器的内径。得出的结论是,随着氙气压力的增加,与黑体线的偏差减小,但点火电压增加。在 40 kPa 的压力下,点火电压约为 2000 V,即使考虑到电路的存在以促进它。当内径从 6 变为 6.8 毫米时,与机身黑线的偏差减少,但发光效率下降,这对于手头的任务来说是不能接受的。

无汞高 Ra 钠灯与含汞灯具有几乎相同的特性。无汞灯的寿命是它的 1.3 倍。

150W高显色指数高压照明灯:a-无汞,b-常规版

具有高显色指数的 150 W 高压照明灯:a — 无汞,b — 普通版本。

带两个燃烧器的高压钠灯

最近出现的带有并联燃烧器的高压钠灯系列样品表明,这个方向很有前途,因为这样的解决方案不仅有助于显着延长灯的寿命,而且还消除了复杂性立即重新点火,扩大了组合具有不同功率、光谱成分等的燃烧器的潜力。

尽管规定了可靠的使用寿命,但应谨慎对待这些灯的耐用性问题。如果燃烧器灯在灯的整个使用寿命期间持续点亮,这种灯的使用寿命才会真正翻倍。否则,在资源结束时,工作燃烧器通常开始部分绕过第二个(这种现象有时称为电气“泄漏”;在这种情况下,外灯泡中的稀薄气体被点火脉冲的电压破坏), 因此点火时可能会出现困难。

带高压点火器的高压钠灯

带高压点火器的高压钠灯

日本工程师(东芝照明技术公司)从他们的角度提供了一个最佳解决方案,以消除具有两个燃烧器的灯中的上述现象。该灯的设计包含两个点火探针,可确保特定燃烧器的点火它提供正脉冲或负脉冲。这种灯的镇流器包含两个绕组。电路非常简单且便宜。由于这种设计,燃烧器的灯交替点亮。燃烧器的交替点火确保了较少的“老化”燃烧器并显着增加了整体工作量 来自同一家公司的工程师提供了一种带有内置点火器的灯,不需要复杂的控制方案。

现代高压钠灯

高压钠灯发展的一些趋势

设计师和研究人员在哪些方向寻找高压钠灯的有效解决方案?要回答这个问题,我们必须首先解决这些灯在视觉舒适度、简单性和结构必要的电气安全方面的明显缺点。其中,可以区分几个主要问题:显色性差、光通量脉动增加、点火电压高,甚至更多——重新点火。

从具有高显色性的灯的特性来看,开发人员设法接近了这组光源的最佳状态。对抗高压钠灯中达到 70-80% 的辐射纹波,通常使用常用方法进行,例如在网络的不同阶段切换灯(在具有许多灯的装置中)和提供高频电流.使用特殊的电子镇流器实际上消除了这个问题。

目前与大多数 NLVD - PRA 套件一起使用的脉冲点火装置 (IZU) 使灯的操作复杂化并增加了灯 - PRA 套件的成本。 IZU 点火脉冲会对镇流器和灯产生负面影响,这些设备会过早失效。因此,开发人员正在寻找降低点火电压的方法,这可以让您放弃 IZU。

提供立即重新点火的问题通常以两种方式解决。可以使用发射幅度增加的脉冲的点火器,或使用不需要此类设备的上述双燃烧器灯。

现代高压钠灯

钠灯​​的使用寿命被认为是高强度光源中最长的。然而,在这方面设计师希望做到最好。众所周知,使用寿命和运行期间的光通量下降取决于钠离开燃烧器的速率。放电过程中钠的泄漏会导致汞合金中汞的成分增加,灯的电压会增加到 (150 - 160 V),直到灯熄灭。许多研究、开发和专利都致力于解决这个问题。在最成功的解决方案中,值得注意的是 GE 的汞合金分配器,用于串联灯。分配器的设计确保在灯的整个使用寿命期间严格限制钠汞齐在放电管中的流量。因此,使用寿命增加,管端变暗减少,光通量保持不变几乎不变(高达原始值的 90%)。

当然,高压钠灯的研究和改进还没有结束,因此我们应该期待在这些有前途的光源的大家族中出现新的、可能是独家的解决方案。

使用“照明节能”一书中的材料。埃德。 Y. B. Eisenberg 教授。

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