Лампи розжарювання з йодним циклом

Руйнування нитки лампи розжарювання при її нагріванні відбувається за рахунок випаровування вольфраму – частинки вольфраму відриваються від поверхні розжареної нитки і осідають на внутрішній поверхні колби, утворюючи на ній темний наліт. Процес випаровування вольфраму і поступове зменшення діаметра нитки продовжуються до тих пір, поки не порушується її цільність.

 

Рис. 8. - Хід зміни характеристик лампи, викликаний зміною напруги:

–струм; – потужність; – активний опір; – світлова віддача; – середній строк служби; – світловий потік лампи

 

При введенні в колбу дозованої кількості йоду його атоми під впливом високих температур переміщуються до стінок лампи і утворюють з осівшими на них розпиленими частинками вольфраму з'єднання – йоди вольфраму. Це з'єднання, попадаючи в зону високих температур поблизу нитки розжарювання, знову розпадається на вольфрам і йод. При цьому частинки вольфраму осідають на нитку розжарювання, а атоми йоду переміщуються до стінок лампи. Створюється безперервний йодний цикл, який призводить до регенерації вольфрамової нитки і тим самим до продовження строку її служби. Такий цикл відбувається тільки при певних температурних умовах.

Колбу лампи виготовляють із теплостійкого кварцового скла, а форму приймають у вигляді трубки діаметром 10–12 мм. Нитка лампи розміщується строго по осі. Лампи наповнюють інертним газом (аргоном, ксеноном або криптоном).

Промисловість випускає лампи розжарювання з йодним циклом типу КИ потужністю 500,1000, 1500 і 2000 Вт, світлова віддача яких 22лм/Вт, а строк служби 2000 год.

Люмінесцентні лампи. На відміну від ламп розжарювання, ці лампи мають більш високу світлову віддачу і термін служби. Найбільша світлова віддача, яка відповідає лампам потужністю 40 Вт, без устаткування втрат в ПРА для ламп білого кольору (ЛБ-40) складає до 70 лм/вт. Строк служби люмінесцентних ламп - 10000 год.

Характерною ознакою люмінесцентних ламп є значне зниження світлового потоку в процесі горіння. Так, у лампи 40–80 Вт після 4000 год. горіння середня величина світлового потоку складає 70–80% номінального значення.

На відміну від ламп розжарювання і ламп ДРЛ на режим роботи люмінесцентних ламп значно впливає температура оточуючого середовища. Люмінесцентні лампи, які працюють у звичайних стартерних схемах (рис.3), зберігають номінальні характеристики при температурі повітря + 18-25°С.

Відхилення температури в сторону зниження або підвищення викликає зменшення світлового потоку, а при низьких температурах (нижче 5°С) розряд не виникає і лампа не засвічується.

Люмінесцентні лампи в зовнішньому освітленні застосовують лише у світильниках з тепловою ізоляцією або з підігрівом і при наявності спеціальних схем включення (рис.9).

Рис. 9. - Схема включення люмінесцентної лампи з дроселем і тепловим стартером

Натрієві лампи. Найбільш високою світловою віддачею відзначаються натрієві лампи. Лампи типу ДНаТ, (схема включення рис.10), які випускає вітчизняна промисловість при строку служби 25000 год. мають світлову віддачу вище 140 лм/Вт.

Враховуючи їх спектральні характеристики (560-610нм, жовтий колір), ці лампи рекомендуються для архітектурного освітлення і освітлення автострад. майданів, вокзалів, аеропортів та ін.

 

 

Рис. 10. - Схема включення натрійової лампи

 

Ртутні лампи високого тиску. Лампи типу ДРЛ широко застосовують для зовнішнього освітлення (площі, вулиці, дороги та ін.) і освітлення промислових підприємств (великі цехи з високими стелями, склади та ін.).

У ряді випадків, особливо там, де необхідно створити високий рівень освітленості, цим лампам віддають перевагу перед люмінесцентними. Випуск і використання цих дорогих джерел світла пояснюється:

високою світловіддачею – до 60 лм/вт;

компактною конструкцією, яка дає змогу при малих габаритах створювати лампи на різні потужності в діапазоні 80В т-2кВт;

високим терміном служби (7500 год) імалим спадом світлового потоку (не більше 30% за час служби);

значним зниженням вартості ламп, завдяки використанню нового устаткування, яке дає можливість автоматизувати і механізувати процес виготовлення ламп;

освоєння нових типів ламп, що забезпечують кольоропередачу.

Принцип дії ламп ДРЛ. Принципова конструкція ламп типу ДРЛ показана на рис. 11. Основними елементами ламп цих типів є ртутно-кварцевий пальник, зовнішня колба, ніжка, арматура для кріплення і електричного вмикання пальника, цоколь. У середину пальника вводиться доза ртуті й інертного газу (аргону при тиску 20– 50 мм рт. ст.). Джерелом світла є електричний розряд в парах ртуті, який утворюється між двома основними електродами в кварцовій колбі-пальнику.

 

 

 

 

Рис. 11. - Принципова конструкція ртутної лампи високого тиску ДРЛ-400: 1 – горілка; 2 – зовнішня колба; 3 – обмежувальний опір; 4 – ніжка і арматура; 5 – цоколь.

 

Характеристики лампи, в тому числі такі важливі, як світловий потік і світлова віддача залежать від тиску ртутної пари, що утворюється в пальнику. У холодній лампі тиск парів рідкої ртуті визначається пружністю парів, які насичують об'єм пальника при температурі оточуючого середовища. У нагрітій лампі тиск парів (поки в лампі є рідка ртуть) визначається як пружність парів, що насичують об'єм пальника, при температурі місця розміщення рідкої ртуті. Звичайно ДРЛ конструюється так, щоб при робочому режимі вся рідка ртуть перетворювалась на пару. В цьому випадку розряд горить в ненасичених парах ртуті.

При розпалюванні розряду температура стінок пальника підвищується і відповідно зростає тиск ртутної пари. Підвищення тиску, в свою чергу, супроводжується підвищенням градієнта потенціалу в стовпі і підвищенням напруги горіння розряду. В реальних умовах включення лампи цей ріст напруги в лампі супроводжується підвищенням потужності. Це викликає дальше підвищення температури колби, тиску ртутної пари, напруження горіння і т. д. доти, поки в лампі не випарується вся ртуть. В установленому режимі тиск парів ртуті залежно від конструкції і потужності пальника становить 5–15 ат.

Зовнішня колба в цих лампах виконує декілька функцій. Світлова віддача ДРЛ тим вища, чим більший тиск ртутної пари. Звідси випливає, що однією з умов підвищення світлової віддачі є збілшення температури стінок пальника. При інших рівних умовах (зокрема, при заданій потужності розряду) температура стінки пальника буде тим вищою, чим менше тепла відводиться з її поверхні. Розміщення пальника в зовнішній колбі є одним із методів ії утеплення і забезпечення незалежності теплового режиму від впливу зовнішньої температури. Змінюючи склад і тиск газу, який наповнює зовнішню колбу, можна регулювати температуру кварцового паяльника.

Потужність випромінювання ртутного розряду високого тиску в ультрафіолетовій області складає значну частку від загальної потужності випромінювання. Зовнішня колба із скла, яке не пропускає ультрафіолетового випромінювання, виключає утворення озону в приміщеннях, де використовуються лампи, а також охороняє шкіру від опіків.

Змінюючи склад зовнішньої колби, можна регулювати спектральний склад видимого випромінювання в ультрафіолетовій області, а також у видимій області спектра. Зовнішня колба охороняє пальник від пошкодження і забруднення. У лампах з люмінофором вона служить для нанесення люмінофору.

На рис. 12 показана схема включення ДРЛ. Пальник лампи має два основних електроди і два або один запалюючих, розміщених на малій відстані від основних. Запалюючі електроди через резистори, які розміщуються поза пальником в об'ємі зовнішньої колби, приєднуються до протилежних основних електродів, виводи яких підводяться до цоколя лампи.

 

Рис. 12. - Принципова схема включення чотирьохелектродної лампи ДРЛ в мережу.

 

Напруга підводиться до цих виводів через стабілізуючий баласт. Величина напруги мережі звичайно недостатня для того, щоб викликати пробій розрядного проміжку між основними електродами, оскільки відстань між ними складає кілька сантиметрів (залежно від розмірів пальника, які визначаються його потужністю).Як видно з рисунка, допоміжні проміжки між основними і запалюючими електродами виявляються під дією повної напруги. Відстань між цими електродами вибирається такою, щоб при заданому для даної конструкції тиску інертного газу величина напруги запалу розряду в допоміжному проміжку була нижчою від величини . Тому спочатку виникає розряд між допоміжними і основними електродами, характер і струм якого визначається величиною обмежувального опору. Це тліючий розряд з невеликою силою струму. Виникнення допоміжного розряду далі призведе до пробою проміжку між основними електродами і виникненню розряду між основними електродами. Величина струму основного розряду обмежується стабілізуючим баластом.

Вплив зміни напруги на характеристики розрядних ламп, які працюють в схемах з реактивним баластом. Зниження напруги, якщо воно триває навіть кілька мілісекунд, може призвести до погашення лампи.

Величина напруги, при якій відбувається погашення , залежить від типу баласту, стабілізуючого роботу лампи, і від схеми її вмикання. Напруга затухання залежить від конструктивних розмірів пальника, вибраного співвідношення і робочого режиму лампи. Приблизно, для лампи середньої потужності можна прийняти, що . Таким чином лампи в схемі з індуктивним баластом приблизно на 10% нижче, ніж тієї ж лампи на схемі з активним баластом. Більш стійка робота лампи спостерігається при горінні її у вертикальному положенні. Найменше значення маємо при роботі лампи в схемі з ємкісним баластом, тому що така схема, при інших рівних умовах, забезпечує найменшу зміну струму лампи при зниженні .

Зміна викликає зміну струму лампи. Напруга на лампі при зміні струму в малих межах змінюється неістотно. У схемі з індуктивним баластом зміна із зміною спостерігається тільки в тих випадках, коли <0,4, але на практиці такі випадки зустрічаються мало. Типовий приклад зміни електричних і світлових характеристик лампи для співвідношення ≈ ( – 400 Вт), що найчастіше використовується, показаний на рис. 13.

 

Рис. 13. - Зміна електричних і світлових характеристик лампи ДРЛ-400 з індуктивним баластом при зміні напруги мережі:

– струм; –напруга; – потужність; –світловий потік; –світлова віддача

З кривих бачимо, що зміна на ±10% викликає відповідні зміни струму лампи на ±25%. Таким чином, світлова віддача лампи змінюється неістотно.