Розрядні джерела світла - студопедія

Розрядні джерела оптичного випромінювання, в тому числі світового, працюють за принципом перетворення в оптичне випромінювання енергії дугового електричного розряду.

Тихий і тліючий електричні розряди через вкрай малого ККД випромінювання для цілей освітлення і опромінення не використовують.

Залежно від тиску всередині розрядної колби розрізняють лампи: низького (0,1. 10 4 Па), високого (3 × 10 4 ... 10 6 Па) і надвисокої роздільної (більше 10 6 Па) тиску. Від значення робочого тиску в колбі залежать ККД і спектр випромінювання розрядної лампи.

У розрядних ламп низького тиску енергетичний ККД (Фл / РЛ) високий, а світловий ККД потоку випромінювання (ФС / Фл) малий, так як значна частина їх випромінювання зосереджена в невидимій УФ-зоні спектра. Для розрядних ламп високого тиску навпаки: енергетичний ККД менше, а світловий ККД більше.

Так як ефективний світловий ККД лампи (ФС / РЛ) дорівнює добутку ККД енергетичного (Фл / РЛ) і світлового (ФС / Фл), то це зумовило рівноцінну застосовність обох типів ламп.

На відміну від ламп розжарювання, що мають суцільний спектр випромінювання, розрядні лампи мають ступінчастим або смуговим спектром, склад випромінювання якого залежить від складу газу і парів металу, що наповнюють розрядну колбу (рис.2.1).

Рис.2.2. Пристрій (а) і типова стартерная схема включення (б) трубчастої розрядної лампи низького тиску:
1 - колба; 2 - скляна ніжка; 3 - спіральний електрод; 4 - цоколь; 5 - штирові струмопідведення.

Розрядні лампи низького тиску мають розрядну колбу 1 у вигляді скляної трубки, на кінцях якої в цоколь 4 вмонтовані штирові струмопідведення 5 (рис.2.2 а). В обидва цоколя 4 лампи через скляні ніжки 2 впаяні оксидованої електроди 3. виконані у вигляді моноспіралі з вольфраму. У освітлювальних ламп внутрішня частина колби зі звичайного скла, яке не пропускає УФ-випромінювання, покрита шаром люмінофора. У ламп для УФ-опромінення колби виконують зі спеціального кварцового або увіолевого скла, яке має високий коефіцієнт пропускання УФ-випромінювання відповідної зони УФ-спектра. Внутрішній об'єм колби заповнюють аргоном і вводять невелику кількість ртуті. Електричний розряд в лампі починається в атмосфері інертного газу аргону, а потім у міру випаровування ртуті триває в її парах.

У люмінесцентних розрядних лампах перетворення електричної енергії в видиме випромінювання відбувається в два етапи.

На першому етапі електричний розряд в парах ртуті супроводжується УФ-випромінюванням у вигляді двох монохроматичних потоків з довжинами хвиль 253,7 і 184,9 нм, які самі по собі є потужними джерелами бактерицидного випромінювання.

На другому етапі виникає короткохвильове УФ-випромінювання перетвориться в шарі люмінофора колби в видиме. Тобто, в випромінювання з більшою довжиною хвилі і, відповідно, згідно (1.1) і (1.2) з меншою енергією фотонів, так як що частина енергії фотонів втрачається в шарі люмінофора на другому етапі перетворення. Змінюючи склад люмінофора, змінюють спектральний склад видимого випромінювання лампи.

Маркування люмінесцентних ламп низького тиску містить буквене позначення, що починається з букви Л (люмінесцентна) і другої літери, яка розкриває особливості її спектра випромінювання: Б - біла, ТБ - тепло-біла, ХБ - холодно-біла, Д - денна, Е - природна, БЕ - біла природна, ХЕ - холодна природна. Ц - з підвищеною передачею кольору, УФ - ультрафіолетова, Ф - фотосінтезная, Р - рефлекторна, У - U - образна, К - кільцева. Після літерного позначення слідують цифри, що вказують потужність лампи у ватах, і через дефіс - номер розробки. Наприклад, ЛБР-80 - лампа люмінесцентна біла рефлекторна потужністю 80 Вт.

Середня тривалість горіння освітлювальних люмінесцентних ламп низького тиску становить 12. 15 тис.ч, світловіддача - 40. 80 лм / Вт, потужність - від 3 до 200 Вт (найбільш масові потужністю 15. 80 Вт).

Через падаючої вол'тамперной характеристики електричного розряду для стабілізації режиму в ланцюг розрядної лампи необхідно включати струмообмежувального баластні опір, яке може бути активним (наприклад лампи типу ДРВЛ), індуктивним (більшість ламп), ємнісним або їх комбінацією. Тому в мережу розрядні лампи включають через спеціальний пускорегулюючі апарати (ПРА), який забезпечує запалювання лампи і стабілізацію її дугового розряду в робочому режимі.

На схемі, показаної на малюнку 2.2 б, представлений типовий варіант включення люмінесцентної лампи низького тиску з використанням дросельного ПРА і лампового стартера тліючого розряду. Схема містить освітлювальну люмінесцентну лампу низького тиску EL, індуктивне баластні опір у вигляді дроселя LL, ламповий стартер VL, помехоподавляюшій конденсатор С2 і компенсуючий конденсатор С1. підвищувальний коефіцієнт потужності установки з 0,4. 0,6 до 0,92. 0,95. Опір R призначений для розряду конденсаторів С1 і С2 після відключення лампи від мережі.

При включенні схеми і незасмаглій лампі EL мережеве напруга практично повністю виявляється прикладеним до стартера, виконаному у вигляді лампи тліючого розряду VL. Під дією високої напруги в стартері VL виникає тліючий електричний розряд. Під дією виділяється в результаті розряду тепла біметалічні електроди стартера VL згинаються і в кінцевому підсумку замикаються. Розряд припиняється, і спіральні електроди лампи EL за рахунок замикання контактів стартера VL розігріваються струмом, приблизно в 1,5 рази перевищує номінальний струм лампи. Процес розігріву триває 0,5. 3 с, поки біметалічні електроди стартер не охолонуть і не розімкнути ланцюг розігріву. В результаті розмикання ланцюга розігріву з боку дроселя LL виникає ЕРС самоіндукції, яка, накладаючись на напругу мережі, викликає електричний розряд і загоряння попередньо розігрітій лампи EL, що володіє на цей момент підвищеної електронної емісією нагрітих електродів. За рахунок протікання струму загорілася лампи EL на дроселі LL виникає додаткове падіння напруги, яке зменшує напругу на електродах стартера VL нижче значення його запалювання, і робота стартера VL при запаленій лампі EL припиняється.

В даний час випускаються енергоеконмічние люмінесцентні лампи низького тиску зниженої потужності: 18 Вт замість 20 Вт, 36 Вт замість 40 Вт і 58 Вт замість 65 Вт. Вони мають зменшений діаметр трубчастої колби (25 мм замість 40 мм) і підвищену світлову віддачу.

Поряд з трубчастими люмінесцентними лампами низького тиску для цілей електроосвітлення широке застосування знайшли дугові ртутні люмінесцентні лампи високого тиску типу ДРЛ.

На малюнку 2.3 а показано пристрій чотириелектродної люмінесцентної лампи високого тиску тіпаДРЛ, а на малюнку. б - типова схема її включення в мережу.

Запалювання чотириелектродної розрядної лампи типу ДРЛ сприяє попередній тліючий розряд між основними 11 і підпалювали б електродами (рис. 2.3 а). Період розгоряння лампи типу ДРЛ триває близько 5 хв. За цей час відбувається розігрів внутрішньої колби 8 і випаровування знаходиться в ній ртуті з одночасним підвищенням тиску всередині колби 8. При цьому електричний розряд поширюється на основні електроди. Лампа виходить на нормальний режим зі стабілізацією всіх її параметрів.

Після відключення розрядної лампи високого тиску її повторне запалювання можливо тільки після охолодження лампи і відповідного зниження тиску у внутрішній розрядної колбі до значення, при якому можливий повторний процес запалювання.

Мал. 2.3. Четирёхелектродная розрядна лампа високого тиску типу ДРЛ: а - пристрій: 7 - центральний токоподвод; 2 - композиційний ізолятор; 3 - різьбовій токоподвод; 4 - скляна ніжка; 5 і 12 - вбудовані струмопроводи; 6 - підпалює електрод; 7- вбудований струмообмежуючі резистор підпалює електрода; 8 - внутрішня кварцова колба; 9 - зовнішня колба; 10 - люмінофор; 11 - основний електрод; б - типова схема включення.

Термін служби ламп ДРЛ від 6 до 12 тисяч годин в залежності від потужності, яка може бути від 80 Вт до 1000 Вт, а світловіддача становить 40 ... 60 лм / Вт.

Для запалювання двоелектродної розрядних лампи високого тиску типу ДРЛ, металогалогенних типу ДРІ і натрієвих типу ДНаТ застосовують спеціальні ПРА, що генерують додатково на початковому етапі запалювання високовольтні імпульси, що забезпечують виникнення в лампі дугового розряду і її подальше запалювання.

У колбу металогалогенних ламп тип ДРИ вводяться добавки у вигляді галогенідів різних металів. Це дозволяє широко варіювати спектральний випромінювання цих ламп і внаслідок цього збільшити їх світлову віддачу в порівнянні з лампами ДРЛ до 100 лм / Вт при поліпшеною передачі кольору і більш тривалому терміні служби.

Найбільш економічними джерелами світла з газорозрядних ламп високого тиску є натрієві типу ДНаТ, одинична потужність яких може складати від 0,25 кВт до 50 кВт. У них використовується резонансне випромінювання з довжинами хвиль 589 і 589,6 нм. Цим забезпечується їх висока світлова віддача досягає 130 лм / Вт. Однак, ці лампи дещо незадовільні по передачі кольору, так як їх жовте випромінювання майже монохраматічно.

Для освітлення великих закритих площ і відкритих територій поряд з лампами ДРЛ, ДРІ та ДНАТ знайшли застосування потужні ксенонові трубчасті лампи типу ДКсТ, які не потребують струмообмежувального баластному опорі через їх зростаючої вольтамперної характеристики. Їх спектр випромінювання є суцільним і близьким до сонячного, що забезпечує правильну передачу кольору. Однак, для запалювання ламп ДКсТ потрібне складне пусковий пристрій (ПУ), що генерує високовольтні імпульси напругою до 30 кВ. Тому лампи ДКсТ, як правило, випускаються на одиничні потужності 6, 10, 20 і більше кВт. Їх світловіддача становить 30 ... 35 лм / Вт при нормованому терміні служби 1000 годин.

Люмінесцентні лампи як низького, так і високого тиску, лампи типів ДРИ, ДНаТ і ДКсТ значно економічніше ламп розжарювання через більш високої світлової віддачі і більшого терміну служби. Тому, незважаючи на велику початкову вартість світлотехнічних установок з цими лампами, вони є перспективними, рекомендуються до застосування і широко застосовуються як для внутрішнього, так і зовнішнього освітлення.