Đèn natri cao áp hiện đại

Đèn natri cao áp (HPL) là một trong những nguồn sáng hiệu quả nhất và ngày nay đã có hiệu suất ánh sáng lên tới 160 lm / W ở công suất 30 — 1000 W, tuổi thọ của chúng có thể vượt quá 25.000 giờ. Kích thước nhỏ của thân đèn và độ sáng cao của đèn natri cao áp mở rộng đáng kể khả năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị chiếu sáng khác nhau với sự phân bố ánh sáng tập trung.

Thông thường, đèn natri cao áp hoạt động với chấn lưu cảm ứng hoặc điện tử. Đèn natri cao áp được đánh lửa bằng bộ đánh lửa đặc biệt phát ra xung lên đến 6 kV. Thời gian chiếu sáng của đèn thường từ 3 đến 5 phút.

Ưu điểm của đèn natri cao áp hiện đại bao gồm sự sụt giảm quang thông tương đối nhỏ trong suốt thời gian sử dụng, ví dụ, đối với đèn có công suất 400 W là 10-20% trong 15 nghìn giờ với thời gian đốt cháy 10 giờ xe đạp. Đối với đèn hoạt động thường xuyên hơn, mức giảm quang thông tăng khoảng 25% cho mỗi lần nhân đôi chu kỳ.Mối quan hệ tương tự áp dụng để tính toán giảm tuổi thọ.

Người ta thường chấp nhận rằng những loại đèn này được sử dụng khi tính kinh tế quan trọng hơn khả năng tái tạo màu chính xác. Ánh sáng vàng ấm áp của chúng khá phù hợp để chiếu sáng công viên, trung tâm mua sắm, đường xá và trong một số trường hợp để chiếu sáng kiến ​​​​trúc trang trí (Moscow là một ví dụ tuyệt vời về điều này). Sự phát triển của các nguồn sáng này trong thập kỷ qua đã dẫn đến sự mở rộng đáng kể khả năng sử dụng của chúng do sự xuất hiện của các loại đầu ra mới, cũng như đèn công suất thấp và đèn có khả năng hiển thị màu được cải thiện.

1. Đèn natri cao áp với khả năng hiển thị màu được cải thiện

Đèn natri cao áp hiện là nhóm nguồn sáng hiệu quả nhất. Tuy nhiên, đèn natri cao áp tiêu chuẩn có một số nhược điểm, trong đó, trước hết cần lưu ý đặc tính hoàn màu bị suy giảm rõ rệt, đặc trưng bởi chỉ số hoàn màu thấp (Ra = 25 — 28) và màu sắc thấp. nhiệt độ (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Các vạch cộng hưởng natri mở rộng gây ra phát xạ màu vàng vàng. Độ hoàn màu của đèn natri cao áp được coi là đạt yêu cầu đối với chiếu sáng ngoài trời nhưng không đủ để chiếu sáng trong nhà.

Sự cải thiện hiệu suất màu của đèn natri cao áp chủ yếu là do sự gia tăng áp suất hơi natri trong đầu đốt khi nhiệt độ của vùng lạnh hoặc hàm lượng natri trong hỗn hống tăng lên.(hỗn hống - kim loại lỏng, bán lỏng hoặc cacbua với thủy ngân), tăng đường kính của ống xả, đưa vào các chất phụ gia bức xạ, áp dụng phốt pho và lớp phủ giao thoa cho bóng đèn bên ngoài và cung cấp cho đèn bằng dòng xung tần số cao. Sự giảm quang thông được bù đắp bằng sự gia tăng áp suất xenon (nghĩa là giảm độ dẫn plasma).

Nhiều chuyên gia đang nghiên cứu vấn đề cải thiện thành phần quang phổ bức xạ của đèn natri cao áp, và một số công ty nước ngoài đã sản xuất đèn chất lượng cao với các thông số màu được cải thiện. General Electric, Osram, Philips có nhiều nhóm đèn natri với các đặc tính hoàn màu được cải thiện.

Những loại đèn như vậy có chỉ số hoàn màu chung Ra = 50 — 70 có hiệu suất ánh sáng thấp hơn 25% và tuổi thọ chỉ bằng một nửa so với các phiên bản tiêu chuẩn. Điều đáng chú ý là các thông số chính của đèn natri cao áp khá quan trọng đối với những thay đổi trong điện áp cung cấp. Vì vậy, khi điện áp cung cấp giảm 5-10%, công suất, quang thông, Ra mất từ ​​​​5 đến 30% giá trị danh định và khi điện áp tăng, tuổi thọ của thiết bị giảm mạnh.

Nỗ lực tìm kiếm một chất tương tự kinh tế của đèn sợi đốt đã dẫn đến việc tạo ra một thế hệ đèn natri mới. Gần đây, một dòng đèn natri công suất thấp với khả năng hiển thị màu được cải thiện đã xuất hiện. Philips đã giới thiệu một loạt bóng đèn SDW 35-100 W với Ra = 80 và sắc độ phát xạ gần với sắc độ của đèn sợi đốt. Hiệu suất phát sáng của đèn là 39 — 49 lm / W, và hệ thống đèn — chấn lưu 32 — 41 lm / W.Một chiếc đèn như vậy có thể được sử dụng thành công để tạo điểm nhấn ánh sáng trang trí ở những nơi công cộng.

° Dòng đèn OSRAM COLORSTAR DSX, cùng với bộ điều khiển điện tử POWERTRONIC PT DSX, là một hệ thống chiếu sáng hoàn toàn mới cho phép sử dụng cùng một loại đèn để thay đổi nhiệt độ màu. Việc thay đổi nhiệt độ màu từ 2600 thành 3000 K và ngược lại được thực hiện bằng chấn lưu điện tử có công tắc đặc biệt. Điều này cho phép bạn tạo nội thất nhẹ nhàng cho các hiện vật được trưng bày trong tủ trưng bày tương ứng với thời gian trong ngày hoặc theo mùa. Các loại đèn thuộc dòng này thân thiện với môi trường vì chúng không chứa thủy ngân. Chi phí lắp đặt hệ thống chiếu sáng từ những bộ như vậy cao gấp 5-6 lần so với đèn halogen sợi đốt.

Một phiên bản sửa đổi của hệ thống COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, đã được phát triển để chiếu sáng ngoài trời. Cùng với chấn lưu đặc biệt, quang thông của hệ thống có thể giảm xuống 50% giá trị danh nghĩa. Dòng đèn này cũng không chứa thủy ngân.

Đèn natri cao áp công suất thấp

Trong số các loại đèn natri cao áp được sản xuất hiện nay, phần lớn nhất thuộc về các loại đèn có công suất 250 và 400 watt. Ở những công suất này, hiệu quả của đèn được coi là tối đa. Tuy nhiên, gần đây, sự quan tâm đến đèn natri công suất thấp đã tăng lên đáng kể do mong muốn tiết kiệm điện bằng cách thay thế đèn sợi đốt bằng đèn phóng điện công suất thấp trong chiếu sáng trong nhà.

Công suất tối thiểu của đèn cao áp Sodium mà các công ty nước ngoài đạt được là 30 – 35 W.Nhà máy đèn phóng khí ở Poltava đã thành thạo việc sản xuất đèn natri công suất thấp với công suất 70, 100 và 150 W.

Khó khăn trong việc tạo ra đèn natri công suất thấp có liên quan đến việc chuyển đổi sang dòng điện nhỏ và đường kính của ống phóng điện, cũng như sự gia tăng chiều dài tương đối của các vùng điện cực so với khoảng cách giữa các điện cực, dẫn đến hiệu suất rất cao. độ nhạy của đèn đối với chế độ cung cấp, với sai lệch về kích thước thiết kế của ống xả và ống dẫn và chất lượng của vật liệu. Do đó, trong quá trình sản xuất đèn natri công suất thấp, các yêu cầu về việc tuân thủ dung sai đối với kích thước hình học của cụm ống xả, đối với độ tinh khiết của vật liệu và độ chính xác của việc định lượng các phần tử phụ được tăng lên. Các công nghệ cơ bản đã tồn tại để làm chủ việc sản xuất hàng loạt các nguồn sáng tiết kiệm và lâu dài này.

OSRAM cũng cung cấp một loạt đèn công suất thấp không cần bộ phận đánh lửa (đầu đốt chứa hỗn hợp Penning). Tuy nhiên, hiệu suất ánh sáng của chúng thấp hơn 14-15% so với đèn tiêu chuẩn.

Một trong những ưu điểm của đèn không yêu cầu bộ đánh lửa xung là khả năng lắp đặt chúng trong đèn thủy ngân (trong các điều kiện cần thiết khác). Ví dụ: đèn NAV E 110 có quang thông 8000 lm hoàn toàn có thể hoán đổi với đèn thủy ngân loại DRL -125> có quang thông danh định 6000 — 6500 lm. Những phát triển nội bộ tương tự đã được sử dụng từ lâu ở nước ta. Ví dụ, hiện tại, LISMA OJSC sản xuất đèn DNaT 210 và DNaT 360, nhằm mục đích thay thế trực tiếp cho DRL 250 và DRL 400 tương ứng.

NLVD không chứa thủy ngân

Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đã có những nỗ lực đáng kể trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Một lĩnh vực của những nỗ lực này là giảm hoặc tránh sự xuất hiện của các hợp chất độc hại của kim loại nặng (ví dụ: thủy ngân) trong thành phẩm công nghiệp. Do đó, nhiệt kế y tế chứa thủy ngân đang dần được thay thế bằng nhiệt kế không chứa thủy ngân.

Xu hướng tương tự cũng phổ biến trong lĩnh vực công nghệ sản xuất nguồn sáng. Hàm lượng thủy ngân trong đèn huỳnh quang 40 watt đã giảm từ 30 mg xuống còn 3 mg. Trong trường hợp đèn natri cao áp, quá trình này không diễn ra nhanh như vậy, cũng bởi vì thủy ngân làm tăng đáng kể hiệu quả của các nguồn sáng này, được công nhận là tiết kiệm nhất hiện nay.

Các loại đèn không chứa thủy ngân hiện có và đang phát triển dường như có một tương lai tươi sáng. Loạt đèn Osram COLORSTAR DSX đã được đề cập ở trên không chứa thủy ngân, đây là một thành tựu lớn của công ty. Những bóng đèn này, cùng với chấn lưu điện tử đặc biệt, là những hệ thống có mục đích đặc biệt, trong đó tính hiệu quả và tính đơn giản không phải là ưu tiên cao nhất.

Dòng đèn không chứa thủy ngân của Sylvania đã nổi tiếng từ lâu. Nhà sản xuất đặc biệt chú ý đến các đặc tính hiển thị màu được cải thiện, so sánh chúng với các chất tương tự tiêu chuẩn do chính họ sản xuất.

Cách đây không lâu, sự phát triển của các kỹ sư từ Matsushita Electric (Nhật Bản) đã được công bố, đó là NLVD không chứa thủy ngân với độ hoàn màu cao, không yêu cầu chấn lưu xung đặc biệt.

Khi hết tuổi thọ của đèn truyền thống, màu của bức xạ có màu hơi hồng do sự thay đổi tỷ lệ natri so với thủy ngân trong hỗn hống.Màu này không tạo ấn tượng đặc biệt dễ chịu, trái ngược với màu hơi vàng của đèn thử nghiệm trong cùng điều kiện. Khi tăng nhiệt độ màu, đầu tiên Ra tăng đến mức cực đại (ở T = 2500 K), sau đó giảm xuống.

Để giảm độ lệch, các nhà phát triển đã thay đổi áp suất xenon và đường kính trong của đầu đốt. Người ta kết luận rằng độ lệch khỏi vạch vật đen giảm khi tăng áp suất xenon, nhưng điện áp đánh lửa tăng. Ở áp suất 40 kPa, điện áp đánh lửa là khoảng 2000 V, thậm chí có tính đến sự hiện diện của một mạch để tạo điều kiện thuận lợi cho nó. Khi đường kính bên trong thay đổi từ 6 thành 6,8 mm, độ lệch so với đường màu đen của thân đèn giảm, nhưng hiệu suất phát sáng giảm, điều này là không thể chấp nhận được đối với nhiệm vụ hiện tại.

Đèn natri có Ra cao không chứa thủy ngân có các đặc điểm gần giống như đối tác chứa thủy ngân của nó. Đèn không có thủy ngân có tuổi thọ gấp 1,3 lần.

Đèn chiếu sáng cao áp 150 W có chỉ số hoàn màu cao: a — không chứa thủy ngân, b — phiên bản thông thường.

Đèn natri cao áp với hai đầu đốt

Sự xuất hiện gần đây của các mẫu đèn natri cao áp nối tiếp với đầu đốt được kết nối song song từ một số nhà sản xuất hàng đầu cho thấy hướng đi này rất hứa hẹn, vì giải pháp như vậy không chỉ góp phần tăng đáng kể tuổi thọ của đèn mà còn loại bỏ sự phức tạp. đánh lửa lại ngay lập tức, mở rộng khả năng kết hợp các vòi đốt với công suất khác nhau, thành phần quang phổ, v.v.

Mặc dù tuổi thọ sử dụng chắc chắn đã nêu, câu hỏi về độ bền của những loại đèn này nên được tiếp cận một cách thận trọng.Tuổi thọ của đèn như vậy chỉ thực sự tăng gấp đôi nếu đèn đốt sáng liên tục trong suốt thời gian sử dụng của đèn. Mặt khác, khi hết tài nguyên, đầu đốt làm việc thường bắt đầu bỏ qua một phần đầu đốt thứ hai (hiện tượng này đôi khi được gọi là «rò rỉ» điện; trong trường hợp này, khí hiếm trong bóng đèn bên ngoài bị phá vỡ bởi điện áp của các xung đánh lửa ), và do đó có thể gặp khó khăn khi đánh lửa.

Đèn natri cao áp với bộ đánh lửa điện áp cao

Các kỹ sư Nhật Bản (Toshiba Lighting & Technology đưa ra giải pháp tối ưu, theo quan điểm của họ, để loại bỏ các hiện tượng nêu trên trong đèn có hai đầu đốt. Thiết kế của đèn có hai đầu dò đánh lửa đảm bảo đánh lửa cho một đầu đốt nhất định khi nó cung cấp xung dương hoặc âm. Chấn lưu cho các đèn như vậy có hai cuộn dây. Mạch khá đơn giản và rẻ tiền. Do thiết kế này, đèn của đầu đốt sáng luân phiên. Việc đánh lửa luân phiên của đầu đốt đảm bảo ít bị «lão hóa» của đèn các đầu đốt và tăng đáng kể công việc tổng thể Các kỹ sư từ cùng một công ty cung cấp một loại đèn có bộ đánh lửa tích hợp không yêu cầu sơ đồ điều khiển phức tạp.

Một số xu hướng phát triển đèn natri cao áp

Các nhà thiết kế và nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các giải pháp hiệu quả cho đèn natri cao áp theo hướng nào? Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta phải giải quyết những nhược điểm rõ ràng của các loại đèn này liên quan đến sự thoải mái về thị giác, sự đơn giản và sự an toàn điện cần thiết của công trình.Trong số đó, có thể phân biệt một số điểm chính: đặc tính tái tạo màu kém, tăng xung của dòng ánh sáng, điện áp đánh lửa cao và hơn thế nữa - đánh lửa lại.

Đánh giá về đặc điểm của đèn có độ hoàn màu cao, các nhà phát triển đã cố gắng tiến gần đến mức tối ưu cho nhóm nguồn sáng này. Việc chống gợn sóng bức xạ, đạt 70-80% ở đèn natri cao áp, thường được thực hiện bằng các phương pháp thông thường, chẳng hạn như chuyển đổi đèn ở các pha khác nhau của mạng (khi lắp đặt nhiều đèn) và cung cấp dòng điện tần số cao. . Việc sử dụng chấn lưu điện tử đặc biệt thực tế giúp loại bỏ vấn đề này.

Các thiết bị đánh lửa xung (IZU) hiện được sử dụng với hầu hết các bộ NLVD - PRA làm phức tạp hoạt động của đèn và tăng giá thành của đèn - bộ PRA. Các xung đánh lửa của IZU ảnh hưởng tiêu cực đến chấn lưu và đèn, các thiết bị này thường xảy ra hỏng hóc sớm. Do đó, các nhà phát triển đang tìm cách giảm điện áp đánh lửa, điều này cho phép bạn từ bỏ IZU.

Vấn đề cung cấp đánh lửa lại ngay lập tức thường được giải quyết theo hai cách. Có thể sử dụng các bộ đánh lửa phát ra các xung có biên độ tăng hoặc sử dụng đèn hai đầu đốt đã đề cập, không yêu cầu các thiết bị như vậy.

Tuổi thọ của đèn natri được coi là dài nhất trong số các nguồn sáng cường độ cao. Tuy nhiên, trong lĩnh vực này, các nhà thiết kế muốn đạt được điều tốt nhất.Được biết, tuổi thọ và sự sụt giảm quang thông trong quá trình hoạt động phụ thuộc vào tốc độ natri rời khỏi đầu đốt. Sự rò rỉ natri từ quá trình phóng điện dẫn đến việc làm giàu thành phần của hỗn hống với thủy ngân và tăng điện áp của đèn lên (150 - 160 V) cho đến khi nó tắt. Nhiều nghiên cứu, phát triển và bằng sáng chế đã được dành cho vấn đề này. Trong số các giải pháp thành công nhất, đáng chú ý là bộ phân phối hỗn hống của GE, được sử dụng trong đèn nối tiếp. Thiết kế của bộ phân phối đảm bảo dòng hỗn hống natri được giới hạn nghiêm ngặt trong ống phóng điện trong suốt thời gian sử dụng của đèn. Kết quả là tuổi thọ sử dụng được tăng lên, giảm hiện tượng tối màu ở các đầu ống và duy trì quang thông gần như không đổi (lên đến 90% giá trị ban đầu).

Tất nhiên, việc nghiên cứu và cải tiến đèn natri cao áp vẫn chưa kết thúc, và do đó chúng ta nên mong đợi các giải pháp mới, có thể là độc quyền trong một họ lớn các nguồn sáng đầy triển vọng này.

Sử dụng tài liệu từ cuốn sách "Tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng". biên tập. Giáo sư Y. B. Eisenberg.