Sodobne visokotlačne natrijeve sijalke

Visokotlačne natrijeve sijalke (HPL) so eden najučinkovitejših virov svetlobe in imajo že danes svetlobni izkoristek do 160 lm/W pri močeh od 30 do 1000 W, njihova življenjska doba lahko presega 25.000 ur. Majhna velikost svetlobnega telesa in visoka svetlost visokotlačnih natrijevih sijalk bistveno razširita možnosti njihove uporabe v različnih svetlobnih napravah s koncentrirano porazdelitvijo svetlobe.

Običajno visokotlačne natrijeve sijalke delujejo z induktivno ali elektronsko predstikalno napravo. Visokotlačne natrijeve sijalke se prižgejo s posebnimi vžigalniki, ki oddajajo impulze do 6 kV. Čas prižiganja svetilk je običajno 3 do 5 minut.

Prednosti sodobnih visokotlačnih natrijevih sijalk vključujejo relativno majhen padec svetlobnega toka med življenjsko dobo, ki je na primer pri žarnicah z močjo 400 W 10-20% v 15 tisoč urah z 10-urnim gorenjem. cikel. Pri svetilkah, ki delujejo pogosteje, se padec svetlobnega toka poveča za približno 25 % za vsako podvojitev cikla.Enako razmerje velja za izračun zmanjšanja življenjske dobe.

Splošno sprejeto je, da se te svetilke uporabljajo tam, kjer je gospodarnost pomembnejša od natančne barvne reprodukcije. Njihova topla rumena svetloba je zelo primerna za osvetlitev parkov, trgovskih centrov, cest, v nekaterih primerih pa tudi za dekorativno arhitekturno osvetlitev (Moskva je odličen primer tega). Razvoj teh svetlobnih virov v zadnjem desetletju je privedel do dramatične razširitve možnosti njihove uporabe zaradi pojava novih vrst izhodov, pa tudi svetilk z nizko močjo in svetilk z izboljšano barvno reprodukcijo.

1. Visokotlačne natrijeve sijalke z izboljšanim barvnim upodabljanjem

Visokotlačne natrijeve sijalke so trenutno najučinkovitejša skupina svetlobnih virov. Vendar imajo standardne visokotlačne natrijeve sijalke številne pomanjkljivosti, od katerih je treba najprej opozoriti na očitno poslabšane lastnosti barvnega upodabljanja, za katere je značilen nizek indeks barvnega upodabljanja (Ra = 25-28) in nizka barva temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Razširjene natrijeve resonančne črte povzročajo zlato rumeno sevanje. Barvno upodabljanje visokotlačnih natrijevih sijalk velja za zadovoljivo za zunanjo razsvetljavo, vendar nezadostno za notranjo razsvetljavo.

Izboljšanje barvne učinkovitosti visokotlačnih natrijevih sijalk je predvsem posledica povečanja parnega tlaka natrija v gorilniku, ko se poveča temperatura hladnega območja ali vsebnost natrija v amalgamu.(amalgam — tekoča, poltekoča ali karbidna kovina z živim srebrom), povečanje premera izpušne cevi, uvedba sevalnih dodatkov, nanos fosforjev in interferenčnih premazov na zunanjo žarnico ter napajanje svetilk z visokofrekvenčnim impulznim tokom. Zmanjšanje svetlobnega toka se kompenzira s povečanjem tlaka ksenona (tj. z zmanjšanjem prevodnosti plazme).

Številni strokovnjaki se ukvarjajo s problemom izboljšanja spektralne sestave sevanja visokotlačnih natrijevih žarnic, številna tuja podjetja pa že proizvajajo visokokakovostne žarnice z izboljšanimi barvnimi parametri.Tako je v nomenklaturi tako vodilnih podjetij kot General Electric, Osram, Philips obstaja široka skupina natrijevih sijalk z izboljšanimi lastnostmi barvnega upodabljanja.

Takšne sijalke s splošnim indeksom barvne reprodukcije Ra = 50 — 70 imajo 25 % nižjo svetlobno učinkovitost in polovično življenjsko dobo v primerjavi s standardnimi različicami. Omeniti velja, da so glavni parametri visokotlačnih natrijevih žarnic zelo pomembni za spremembe napajalne napetosti. Torej, z zmanjšanjem napajalne napetosti za 5-10%, moč, svetlobni tok, Ra izgubijo od 5 do 30% svojih nominalnih vrednosti, in ko se napetost dvigne, se življenjska doba močno zmanjša.

Poskusi iskanja ekonomičnega analoga žarnice z žarilno nitko so privedli do ustvarjanja nove generacije natrijevih sijalk. Pred kratkim se je pojavila družina natrijevih svetilk z nizko močjo z izboljšanim barvnim upodabljanjem. Philips je predstavil serijo 35-100 W sijalk SDW z Ra = 80 in emisijsko barvnostjo, ki je blizu žarnic z žarilno nitko. Svetlobni izkoristek sijalke je 39 — 49 lm/W, sistem sijalke — predstikalna naprava pa 32 — 41 lm/W.Takšna svetilka se lahko uspešno uporablja za ustvarjanje dekorativnih svetlobnih poudarkov na javnih mestih.

° Paleta svetilk OSRAM COLORSTAR DSX je skupaj z elektronsko krmilno enoto POWERTRONIC PT DSX popolnoma nov sistem razsvetljave, ki omogoča spreminjanje barvne temperature z uporabo iste sijalke. Spreminjanje barvne temperature od 2600 do 3000 K in nazaj poteka s pomočjo elektronske predstikalne naprave s posebnim stikalom. To vam omogoča, da ustvarite svetlo notranjost za eksponate, prikazane v vitrinah, ki ustrezajo času dneva ali letnemu času. Svetilke te serije so okolju prijazne, saj ne vsebujejo živega srebra. Stroški svetlobne instalacije iz takšnih kompletov so 5-6-krat višji od stroškov halogenskih žarnic z žarilno nitko.

Za zunanjo razsvetljavo je bila razvita modificirana različica sistema COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2. Skupaj s posebno predstikalno napravo se lahko svetlobni tok sistema zmanjša na 50% nazivne vrednosti. Tudi ta serija svetilk ne vsebuje živega srebra.

Visokotlačne natrijeve sijalke majhne moči

Med trenutno proizvedenimi visokotlačnimi natrijevimi žarnicami največji delež predstavljajo sijalke z močjo 250 in 400 vatov. Pri teh močeh velja, da je učinkovitost svetilk največja. V zadnjem času pa se je zaradi želje po varčevanju z električno energijo z zamenjavo žarnic z žarilno nitko z nizko vatnimi razelektritvenimi sijalkami pri notranji razsvetljavi precej povečalo zanimanje za natrijeve sijalke z nizko močjo.

Najmanjša moč visokotlačnih natrijevih žarnic, ki jih dosegajo tuja podjetja, je 30-35 W.Tovarna plinskih žarnic v Poltavi je obvladala proizvodnjo natrijevih sijalk z nizko močjo z močjo 70, 100 in 150 W.

Težave pri ustvarjanju natrijevih svetilk z nizko močjo so povezane s prehodom na majhne tokove in premere odvodnih cevi, pa tudi s povečanjem relativne dolžine območij elektrod v primerjavi z razdaljo med elektrodami, kar vodi do zelo visoke občutljivost svetilke na način napajanja, na odstopanja konstrukcijskih dimenzij izpušne cevi in ​​cevi ter kakovost materialov. Zato se pri proizvodnji natrijevih svetilk z nizko močjo povečajo zahteve za upoštevanje toleranc za geometrijske dimenzije sklopov izpušnih cevi, za čistost materialov in natančnost doziranja polnilnih elementov. Osnovne tehnologije že obstajajo za obvladovanje množične proizvodnje teh varčnih, dolgotrajnih virov svetlobe.

OSRAM ponuja tudi vrsto svetilk z nizko močjo, ki ne potrebujejo vžigalnika (gorilniki vsebujejo mešanico Penning). Vendar pa je njihov svetlobni izkoristek za 14-15 % nižji kot pri standardnih žarnicah.

Ena od prednosti svetilk, ki ne potrebujejo impulznega vžigalnika, je možnost vgradnje v živosrebrne sijalke (pod drugimi potrebnimi pogoji). Na primer, svetilka NAV E 110 s svetlobnim tokom 8000 lm je povsem zamenljiva z živosrebrno žarnico tipa DRL -125> z nazivnim svetlobnim tokom 6000-6500 lm. Podoben notranji razvoj se že dolgo uporablja v naši državi. Trenutno LISMA OJSC, na primer, proizvaja svetilke DNaT 210 in DNaT 360, namenjene neposredni zamenjavi za DRL 250 oziroma DRL 400.

NLVD brez živega srebra

V zadnjih letih so bila v mnogih državah opazna prizadevanja na področju varstva okolja. Eno od področij teh prizadevanj je zmanjšati ali preprečiti pojav strupenih spojin težkih kovin (npr. živega srebra) v industrijskih končnih izdelkih. Tako medicinske termometre, ki vsebujejo živo srebro, postopoma nadomeščajo termometri brez živega srebra.

Enak trend je razširjen tudi na področju tehnologij izdelave svetlobnih virov. Vsebnost živega srebra v 40-vatni fluorescentni sijalki je padla s 30 mg na 3 mg. Pri visokotlačnih natrijevih sijalkah ta proces ne napreduje tako hitro, tudi zato, ker živo srebro močno poveča učinkovitost teh svetlobnih virov, ki so danes priznani kot najvarčnejši.

Zdi se, da imajo obstoječe in razvijajoče se svetilke brez živega srebra svetlo prihodnost. Že omenjena serija sijalk Osram COLORSTAR DSX ne vsebuje živega srebra, kar je velik dosežek podjetja. Te sijalke, skupaj s posebnimi elektronskimi predstikalnimi napravami, so sistemi za posebne namene, kjer učinkovitost in preprostost nista na prvem mestu.

Sylvania linija svetilk brez živega srebra je že dolgo znana. Proizvajalec posebno pozornost namenja izboljšanim lastnostim barvnega upodabljanja in jih primerja s standardnimi analogi lastne proizvodnje.

Ne tako dolgo nazaj je bil objavljen razvoj inženirjev Matsushita Electric (Japonska), ki je NLVD brez živega srebra z visoko barvno reprodukcijo, ki ne zahteva posebnega impulznega balasta.

Ob koncu življenjske dobe klasične svetilke dobi barva sevanja rožnat odtenek, kar je posledica spremembe razmerja med natrijem in živim srebrom v amalgamu.Ta odtenek ne ustvarja posebno prijetnega vtisa, v nasprotju z rumenkasto barvo testne svetilke pri enakih pogojih. Ko se barvna temperatura poveča, se Ra najprej poveča na najvišjo raven (pri T = 2500 K), nato pade.

Da bi zmanjšali odstopanje, so razvijalci spremenili tlak ksenona in notranji premer gorilnika. Ugotovljeno je bilo, da se odstopanje od črte črnega telesa zmanjšuje z naraščanjem tlaka ksenona, povečuje pa se napetost vžiga. Pri tlaku 40 kPa je napetost vžiga približno 2000 V, tudi ob upoštevanju prisotnosti vezja za olajšanje. Ko se notranji premer spremeni s 6 na 6,8 mm, se odstopanje od črne črte telesa zmanjša, vendar se zmanjša svetlobni izkoristek, kar je za obravnavano nalogo nesprejemljivo.

Natrijeva sijalka z visokim Ra brez živega srebra ima skoraj enake lastnosti kot njena dvojna sijalka, ki vsebuje živo srebro. Življenjska doba žarnice brez živega srebra je 1,3-krat daljša.

150 W visokotlačne svetilke z visokim indeksom barvne reprodukcije: a - brez živega srebra, b - običajna različica.

Visokotlačne natrijeve sijalke z dvema gorilnikoma

Nedavni pojav serijskih vzorcev visokotlačnih natrijevih žarnic z vzporedno povezanimi gorilniki številnih vodilnih proizvajalcev nakazuje, da je ta smer obetavna, saj takšna rešitev ne le prispeva k znatnemu podaljšanju življenjske dobe žarnice, ampak tudi odpravlja kompleksnost takojšnjega ponovnega vžiga, širi možnosti kombiniranja gorilnikov različnih moči, spektralne sestave itd.

Kljub navedeni trdni življenjski dobi je treba k vprašanju trajnosti teh svetilk pristopiti previdno.Življenjska doba takšne svetilke se dejansko podvoji le, če žarnice gorilnika neprekinjeno svetijo skozi celotno življenjsko dobo svetilke. V nasprotnem primeru na koncu vira delovni gorilnik pogosto začne delno obiti drugega (ta pojav včasih imenujemo električno "puščanje"; v tem primeru se redkejši plin v zunanji žarnici prekine z napetostjo vžigalnih impulzov ), zato lahko pride do težav pri njegovem vžigu.

Visokotlačne natrijeve sijalke z visokonapetostnim vžigalnikom

Japonski inženirji (Toshiba Lighting & Technology ponujajo z njihovega vidika optimalno rešitev za odpravo zgoraj omenjenih pojavov v žarnici z dvema gorilnikoma. Zasnova žarnice vsebuje dve vžigalni sondi, ki zagotavljata vžig določenega gorilnika, ko dovajajo se pozitivni ali negativni impulzi Predstikalne naprave za takšne svetilke vsebujejo dve navitji Vezje je precej preprosto in poceni Zahvaljujoč tej zasnovi žarnice gorilnika svetijo izmenično Izmenično vžiganje gorilnikov zagotavlja manjše "staranje" gorilnike in bistveno poveča celotno delo. Inženirji istega podjetja ponujajo svetilko z vgrajenim vžigalnikom, ki ne zahteva zapletene krmilne sheme.

Nekateri trendi v razvoju visokotlačnih natrijevih žarnic

V katere smeri oblikovalci in raziskovalci iščejo učinkovite rešitve za visokotlačne natrijeve sijalke? Da bi odgovorili na to vprašanje, se moramo najprej posvetiti očitnim pomanjkljivostim teh svetilk, ki so povezane z vizualnim udobjem, preprostostjo in potrebno električno varnostjo konstrukcije.Med njimi je mogoče razlikovati več glavnih: slabe lastnosti barvnega upodabljanja, povečano pulziranje svetlobnega toka, visoka napetost vžiga in še več - ponovni vžig.

Sodeč po značilnostih svetilk z visoko barvno reprodukcijo se je razvijalcem uspelo približati optimalnemu za to skupino svetlobnih virov. Boj proti valovanju sevanja, ki pri visokotlačnih natrijevih žarnicah doseže 70-80%, se običajno izvaja z običajnimi metodami, kot so preklapljanje žarnic v različnih fazah omrežja (v napravah z veliko žarnicami) in dovajanje visokofrekvenčnega toka. . Uporaba posebnih elektronskih predstikalnih naprav praktično odpravi ta problem.

Naprave za impulzni vžig (IZU), ki se trenutno uporabljajo pri večini kompletov NLVD - PRA, otežujejo delovanje svetilk in povečujejo stroške kompleta svetilke - PRA. Impulzi vžiga IZU negativno vplivajo na predstikalno napravo in svetilko, pride do prezgodnjih okvar teh naprav. Zato razvijalci iščejo načine za zmanjšanje napetosti vžiga, kar vam omogoča, da opustite IZU.

Problem zagotavljanja takojšnjega ponovnega vžiga se običajno rešuje na dva načina. Možna je uporaba vžigalnikov, ki oddajajo impulze povečane amplitude, ali pa uporaba omenjene dvogorilne svetilke, ki ne zahteva tovrstnih naprav.

Življenjska doba natrijevih sijalk velja za najdaljšo med svetlobnimi viri visoke intenzivnosti. Vendar na tem področju oblikovalci želijo doseči najboljše.Znano je, da sta življenjska doba in padec svetlobnega toka med delovanjem odvisna od hitrosti, s katero natrij zapusti gorilnik. Uhajanje natrija iz razelektritve vodi do obogatitve sestave amalgama z živim srebrom in povečanja napetosti žarnice na (150-160 V), dokler ne ugasne. Temu problemu je bilo posvečenih veliko raziskav, razvoja in patentov. Med najuspešnejšimi rešitvami velja omeniti razpršilnik amalgama podjetja GE, ki se uporablja v serijskih svetilkah. Zasnova razpršilnika zagotavlja strogo omejen pretok natrijevega amalgama v razelektritveni cevi skozi celotno življenjsko dobo sijalke, posledično se podaljša življenjska doba, zmanjša zatemnitev koncev cevi in ​​ohrani svetlobni tok. skoraj konstantna (do 90 % prvotne vrednosti) .

Seveda raziskave in izboljšave visokotlačnih natrijevih sijalk še niso končane, zato je pričakovati nove, morda ekskluzivne rešitve v veliki družini teh obetavnih svetlobnih virov.

Uporabljeni materiali iz knjige "Varčevanje z energijo pri razsvetljavi". Ed. prof. Y. B. Eisenberg.