Лекция №6
Разрядные лампы высокого давления
План лекции
1. Особенности конструкции и режима разгорания ГРЛВД
2. Лампа ДРТ – дуговая ртутная трубчатая
3. Лампа ДРЛ – дуговая ртутная люминесцентная
4. Лампа ДРВЛ – дуговая ртутно-вольфрамовая люминесцентная
5. Лампа ДНаТ – дуговая натриевая трубчатая
6. Лампа ДРИ – дуговая ртутная с излучающими добавками
Особенности конструкции и режима разгорания РЛВД
ГРЛВД по сравнению с ЛЛ имеют значительно меньшие габариты и бόльшую единичную мощность. У ртутных ламп ВД по сравнению с ЛЛ длина почти в 10 раз меньше. Малые габариты и ВД (от 3·104 Па ≈ 225 мм Т ст) обусловили температуру разрядной трубки 700-750°С. Поэтому разрядную трубку выполняют из кварцевого стекла или специальной керамики с высокой прозрачностью в видимой области спектра. Внутрь трубки вводят строго дозированное количество ртути и спектрально чистый аргон (Ar). Аr служит для облегчения зажигания разряда и защиты электродов от распыления в начальной стадии разгорания лампы, т.к. давление паров ртути при комнатной температуре очень низкое (около 1 Па). После зажигания дугового разряда происходит нагревание разрядной трубки и испарение ртути. Давление ее паров повышается, поэтому изменяются все характеристики разряда: растут напряжение на лампе и мощность, разряд «шнуруется» по оси трубки, растет поток излучения и к.п.д. Этот процесс продолжается 5-7 минут – до тех пор, пока не испарится вся ртуть, после чего все характеристики стабилизируются.
Типичные характеристики разгорания ГРЛВД
2 Устройство и работа л.т. ДРТ (дуговая ртутная трубчатая)
|
1 – кварцевая разрядная трубка с высоким коэффициентом пропускания УФ лучей.
2 – вольфрамовые активированные самокалящиеся электроды
3 – металлические держатели, между которыми расположена лента из медной фольги, предназначенная для облегчения зажигания разряда, подсоединяемая к одному из электродов.
Колба лампы наполнена дозированным количеством аргона и ртути, в парах которой и происходит дуговой разряд.
|
Схема включения лампы ДРТ.
Конденсатор С2 подключается кратковременно последовательно с дросселем LL, образуя с ним резонансный контур. В результате резонанса напряжение на дросселе и конденсаторе возрастает ≈ в 2 раза по сравнению с напряжением источника. Этого достаточно для зажигания дугового разряда. Токопроводящая полоса подключена к одному из электродов лампы через конденсатор С3 малой емкости. С1 – для повышения коэффициента мощности схемы до 0,92…0,95.
Электроэнергия, подведенная к лампе ДРТ, преобразуется следующим образом:
излучение УФ – 18%
ИК – 15%
ВИ – 15%
Потери – 52%
Лампа ДРТ – источник прежде всего УФ излучения. В спектре отсутствует ВИ с λ > 570 нм. Температура окружающей среды и условия охлаждения оказывают существенное влияние на характеристики РЛВД, работающих без внешней колбы. Понижение температуры может привести к
конденсации ртути и значительному снижению напряжения на лампе, ее мощности и потока излучения.
При повышении температуры сокращается срок службы за счет потемнения кварцевого стекла колбы. В течение срока службы происходит впекание пыли в раскаленное до 800ºС стекло, оседание на него материала распыляющихся электродов. К концу срока службы поток излучения снижается вдвое вследствие снижения прозрачности кварцевого стекла в УФ части спектра и соответственно снижения выхода УФ излучения. Полезный срок службы ДРТ составляет 1,5-3 тыс. часов. Лампы ДРТ – эффективные источники УФ излучения – применяются в медицине, сельском хозяйстве, измерительной технике (для люминесцентного анализа). Лампы не применяются для освещения из-за плохой цветопередачи.
2 Устройство и работа л.т. ДРЛ
1 – внешняя стеклянная колба; 2 – слой люминофора; 3 – разрядная трубка из прозрачного кварцевого стекла; 4 – рабочий (основной) электрод;
5 – зажигающий (вспомогательный) электрод; 6 – ограничительные резисторы в цепи зажигающих электродов; 7 – экран; 8 – крепежная деталь.
Внешняя колба сделана из термостойкого стекла. Форма колбы обеспечивает во время горения температуру, необходимую для эффективной работы люминофора, и равномерное распределение температуры по поверхности колбы. Люминофор преобразует УФ-излучение в недостающее видимое с λ > 570 нм, т.е. в красное излучение со спектром 580 – 720 нм. В зависимости от состава люминофора доля его излучения в общем потоке лампы 6…10 %. Внутри разрядной трубки находится Ar и дозированное количество ртути. Внешняя колба заполнена углекислым газом для стабилизации свойств люминофора.
Схема включения лампы ДРЛ
Для зажигания л.т. ДРЛ внутрь кварцевой разрядной трубки введены дополнительные электроды, которые через ограничительные резисторы подключены к противоположным электродам. Между каждым зажигающим электродом и соответствующим основным электродом после включения создается разность потенциалов, равная напряжению сети. Т.к. расстояние между зажигающим электродом и основным << расстояния между основными электродами, то здесь и возникает начальный разряд, который перекидывается затем на основной промежуток. После зажигания лампы разряд между основным и зажигающим электродом прекращается. Резисторы служат для ограничения тока, протекающего через зажигающие электроды. Дроссель служит для стабилизации горения дугового разряда.
У ламп ДРЛ благодаря стеклянной внешней колбе баланс энергии иной, чем у ламп ДРТ:
УФ – нет;
ВИ – 17 %;
ИК – 14 %;
потери – 69 %.
Значительные потери энергии вызывают нагрев внешней колбы до 220…2800С.
ДРЛ работают при температурах окружающего воздуха от -40 до +800С, т.к. горелки (разрядные трубки) находятся в газонаполненном пространстве внешней колбы и имеют очень высокую температуру, окружающая среда не оказывает влияния на надежность зажигания и светотехнические характеристики. Светоотдача – 40-60 Лм/ Вт.
|
Лампа ДРВ– дуговая ртутно-вольфрамовая
1 – вольфрамовая спираль
2 – отражающее покрытие на внутренней стороне внешней колбы
3 – ограничительное сопротивление
4 – экран
Свечение разряда дополнено свечением вольфрамовой спирали. Ртутно-кварцевая горелка включается последовательно с вольфрамовой спиралью, выполняющей две функции:
1 – ограничительного (балластного) сопротивления для лампы, благодаря чему отпадает необходимость в специальном дросселе;
2 – дополнительного источника излучения в красной части спектра, благодаря чему несколько исправляется цветопередача.
Разрядная трубка и вольфрамовая спираль монтируются на общей стеклянной ножке в общей стеклянной колбе. Лампа включается
непосредственно в сеть переменного тока напряжением 220 В без дросселя. В первые минуты после зажигания разряда практически все напряжение сети ложится на вольфрамовую спираль (напряжение на горелке при включении – около 20 В). По мере разогрева ртутной горелки напряжение на ней возрастает, а напряжение на вольфрамовой спирали уменьшается до рабочего значения. Световая отдача подобных ламп 18-20 Лм/Вт, т.е. значительно ниже, чем у ДРЛ, т.к. половина мощности расходуется на нагрев вольфрамовой спирали. Поэтому у осветительных ртутно-вольфрамовых ламп внешняя колба выполняется эллипсной формы, как у ламп ДРЛ, и с внутренней стороны покрывается люминофором. В этом случае лампа называется ДРВЛ, и световая отдача ее составляет 26-28 Лм/Вт.
Лампа ДРВЭ – дуговая ртутно-вольфрамовая эритемная –предназначена для совместного освещения и облучения, т.е. для комплексного воздействия оптической части спектра с λ = 280… 5 000 нм. Внешняя колба выполнена из увиолевого стекла, прозрачного для эритемного УФ излучения (до 280 нм). По своему действию излучение близко к солнечному.
Если лампа имеет внутренний отражатель, зеркальный или диффузный, то форма соответствует показанной на рисунке (лампа ДРВЭД – дуговая ртутно-вольфрамовая эритемно-диффузионная). Отражатель позволяет получить желаемое распределение потока излучения без дополнительной арматуры.
Срок службы ламп составляет 3…5 тыс. часов и определяется сроком службы вольфрамовой спирали. Особенно сильно срок службы сокращается в моменты разгорания лампы, т.к. в это время почти все напряжение сети приложено к вольфрамовой спирали и она работает в условиях перегрева. Область применения ламп – эритемное облучение людей, животных и птицы, а также общее освещение.
Лампа ДНаТ – дуговая натриевая трубчатая
Рис. 4. Общий вид лампы ДНаТ:
а) – в прозрачной колбе (тип ДНаТ);