Принцип работы балласта металлогалогенной лампы

Балласт металлогалогенной лампы

Металлогалогенная лампа в дуге с электронным балластом 35 Вт имеет отрицательную характеристику сопротивления во всех газоразрядных лампах; то есть, пока ток через лампочку увеличивается, напряжение на напряжении уменьшается. Если лампочка питается от источника постоянного напряжения, например, непосредственно от сети переменного тока, ток будет увеличиваться до тех пор, пока лампочка не разрушится; поэтому для галогенной лампы требуется электрический балласт для ограничения тока дуги.

Существует два типа балластов:

Индуктивный балласт. Во многих устройствах используется индуктивный балласт, также называемый магнитным балластом, подобный тем, которые используются с люминесцентными лампами. Это включает в себя индуктор с железным сердечником. Катушка индуктивности обеспечивает сопротивление переменному току. Если ток через лампу увеличивается, индуктивность уменьшается, чтобы поддерживать ограниченное по току напряжение.

Электронные балласты – они легче и компактнее. Они состоят из электронного генератора, который генерирует ток высокой частоты для питания лампы. Поскольку они имеют более низкие потери сопротивления, чем магнитные балласты, они более энергоэффективны. Однако работа на высоких частотах не увеличивает эффективность лампы в качестве люминесцентной лампы.

Металлогалогенная лампа с импульсным запуском не содержит пускового электрода, она зажигает дугу и требует воспламенителя для генерации импульса высокого напряжения (1-5 кВ холодного зажигания, 30 кВ, используемого при тепловом повторном зажигании) для зажигания дуги. Электронный балласт включает в себя схему воспламенителя в корпусе. Стандарт системы балласта лампы Американского национального института стандартов (ANSI) устанавливает параметры всех металлогалогенных компонентов (за исключением некоторых новых продуктов).

Лампы с собственным балластом С 2012 года несколько компаний начали поставлять металлогалогенные лампы с собственным балластом для непосредственной замены ламп накаливания и ртутных ламп с собственным балластом. Эти лампы включают в себя дуговую трубку с пусковым электродом и трубчатую галогенную лампу, которая включена последовательно и используется для регулирования тока в дуговой трубке. Сопротивление обеспечивает ограниченный ток пускового электрода. Подобно ртутным лампам с собственным балластом, металлогалогенные лампы с собственным балластом напрямую подключаются к основному источнику питания и не требуют внешнего балласта. В отличие от этого, эти лампы обычно имеют прозрачную внешнюю колбу без покрытия, так что дуговая трубка и галогенная трубка хорошо видны снаружи.

 

Цветовая температура

Из-за более белого и естественного света металлогалогенная лампа изначально была предпочтительной синей ртутной лампой. С введением специальных смесей галогенидов металлов металлогалогенные лампы теперь ассоциируются с коррелированной цветовой температурой от 3000 K до 20000 K. Цветовая температура может незначительно варьироваться от лампы к лампе, и этот эффект очевиден при использовании многих ламп. использовать. Поскольку цветовые характеристики лампы имеют тенденцию изменяться в течение срока службы лампы, в соответствии со стандартом ANSI цвет после 100 часов (ароматизация) измеряется после того, как лампа сгорела. Более новая технология металлогалогенидов, называемая «импульсный запуск», имеет улучшенную цветопередачу и более контролируемую дисперсию Кельвина (от ± 100 до 200 Кельвинов).

На цветовую температуру металлогалогенной лампы также могут влиять электрические характеристики лампы и разница в производстве самой лампы из-за источника питания электрической системы. Если у металлогалогенной лампы недостаточно мощности из-за более низкой рабочей температуры, ее световой поток будет синим из-за отдельного испарения ртути. Это явление можно наблюдать в период нагрева, когда дуговая трубка еще не достигла полной рабочей температуры и галогенид еще не полностью испарился. Это также очень очевидно с затемнением балластов. Верно и обратное, что лампочка слишком мощная, но это условие может быть опасным и может привести к взрыву дуговой трубки из-за перегрева и перенапряжения.

Запуск и прогрев

После включения 400-ваттная металлогалогенная лампа скоро станет «холодной» (более низкая рабочая температура), и металлогалогенная лампа не сможет сразу начать излучать полный свет, потому что температура и давление во внутренней дуговой камере изменяются. время выхода на полный рабочий уровень. Иногда требуется несколько секунд, чтобы начать первоначальную аргонно-дуговую сварку (или ксеноновую машину), и (в зависимости от типа лампы) период прогрева может достигать пяти минут. В этот период лампа показала, что в дуговой камере испарялись различные галогениды металлов разного цвета.

При прекращении подачи электроэнергии, а то и просто, дуга в лампе гаснет, а высокое давление, присутствующее в термолюминесцентной трубке, предотвратит повторное возгорание дуги; 5-10-минутный период охлаждения с обычным воспламенителем потребуется, прежде чем лампу можно будет перезапустить. Но с помощью специально разработанной лампы со специальным воспламенителем дуга может быть восстановлена ​​немедленно. В лампах без возможности мгновенного повторного зажигания мгновенная потеря мощности может означать отсутствие света в течение нескольких минут. Из соображений безопасности многие металлогалогенные лампы имеют лампы накаливания, которые работают как резервные вольфрамовые галогенные лампы во время охлаждения и повторного зажигания. Как только галогенид металла снова загорается и нагревается, лампа накаливания безопасно выключается. Нагретой лампе также часто требуется больше времени, чем лампе, которая начинает полностью остывать, чтобы полностью проявить свою яркость.

Прочность всех дуговых трубок HID сокращает срок их службы из-за различных факторов, таких как химическая коррозия, тепловое напряжение и механическая вибрация. По мере старения лампы дуговая трубка меняет цвет, поглощает свет и нагревается. Трубка будет продолжать становиться слабой, пока, наконец, не выйдет из строя, что приведет к разрыву трубки.

Хотя такие отказы связаны с окончанием срока службы, дуговая трубка может выйти из строя в любой момент, поскольку производственные дефекты, такие как микротрещины, не видны даже в новом состоянии. Однако это довольно редко. Производители обычно проверяют новые лампы в «высокий сезон», прежде чем эти неисправные лампы покинут помещения производителя.

Поскольку металлогалогенная лампа содержит газ под значительным высоким давлением (до 50 фунтов на квадратный дюйм), выход из строя дуговой трубки является неизбежным насильственным событием. Фрагменты дуговой трубки вылетают с чрезвычайно высокой скоростью во всех направлениях, и на внешнюю колбу лампы оказывается достаточно силы, чтобы разбить ее. Если светильник не имеет вторичной защиты (например, рассеивателя, чаши или экрана), осколки очень горячих предметов будут падать и поражать людей и имущество, находящееся под светом, что может привести к серьезным травмам, повреждениям и может вызвать крупный пожар в здании. Если горючая Материя существует.

 

 Структура и принцип работы металлогалогенной лампы

Металлогалогенная лампа (далее – металлогалогенная лампа) представляет собой газоразрядную лампу, которая пропускает испаренную газовую смесь ртути и галогенида металла (бромида или йода с соединениями металлов) через газовую смесь, генерирующую световую дугу.

Это тип газоразрядной лампы высокой интенсивности (HID). Разработанные в 1960-х годах, они похожи на ртутные лампы, но содержат дополнительную металлогалогенную кварцевую дуговую трубку, которая улучшает эффективность и цветопередачу света.

Наиболее часто используемым галогенидом металла является йодид натрия. Как только дуговая трубка достигает рабочей температуры, натрий диссоциирует от йода, добавляя оранжевый и красный цвета в спектр линии D натрия по мере ионизации металла. В результате металлогалогенная лампа имеет более высокую светоотдачу, достигающую примерно 75-100 люмен на ватт, что примерно вдвое больше, чем у ртутных, и в 3-5 раз больше, чем у паровых ламп и ламп накаливания, и дает сильный белый свет.

Срок службы лампы от 6000 до 15000 часов. Благодаря использованию одного из самых эффективных источников белого света CRI металлогалогениды были проведены в 2005 году в самой быстрорастущей области светотехнической промышленности. Они используются для верхнего освещения больших площадей в коммерческих, промышленных и общественных местах, таких как автостоянки, спортивные площадки, заводы и магазины, а также для освещения жилых помещений и автомобильных фар (ксеноновые фары).

Лампа состоит из небольшой дуговой трубки из плавленого кварца или керамической дуги, содержащей газ и дугу, которая покрыта покрытием для фильтрации ультрафиолетового света, генерируемого внутри более крупной стеклянной колбы. Они работают при давлении около 20 атмосфер и для безопасной работы требуют специальных приспособлений, а также электрических балластов. Атомы металлов производят большую часть светового потока. Им нужно несколько минут прогрева, чтобы достичь полной светоотдачи.

В качестве одного из наиболее эффективных источников белого света с высоким индексом цветопередачи металлогалогениды были самой быстрорастущей областью в светотехнической промышленности в 2005 году. полей, заводов и розничных магазинов, а также общественное охранное освещение и автомобильные фары (ксеноновые фары).

Диапазоны длин волн между 385 нм, 422 нм, 497 нм, 540 нм, 564 нм, 583 нм (самые высокие), 630 нм и 674 нм пики являются типичными выходными спектрами металлогалогенных ламп.

 

Металлогалогенные лампы, используемые в качестве уличных фонарей.

Металлогалогенные лампы используются для общего освещения как внутри помещений, так и снаружи, в автомобильной и специальной технике. Из-за их широкого спектра их использование во внутренних помещениях увеличивается. В спортивных сооружениях требуются источники света высокой интенсивности, такие как металлогалогенные лампы.

Металлогалогенные лампы используются в автомобильных фарах, где их обычно называют «ксеноновыми фарами» из-за использования ксенона в колбе вместо газового аргона и обычно используются в других галогенных лампах. Они дают более интенсивный свет, чем лампы накаливания.

Другое распространенное применение таких ламп – в установках фотографического освещения и сценического освещения, где они обычно называются лампами MSD и обычно имеют номинальную мощность 150, 250, 400, 575 и 1200 Вт, особенно в области интеллектуального освещения.

Как и другие газоразрядные лампы, такие как очень похожие ртутные лампы, металлогалогенные лампы производят смесь газов в световой дуге. В металлогалогенных лампах компактные дуговые трубки содержат смеси высокого давления аргона или ксенона, ртути и различных галогенидов металлов, таких как йодид натрия и йодид скандия. Конкретная смесь галогенирования влияет на коррелированную цветовую температуру и интенсивность (например, чтобы сделать свет более синим или более красным). Газ аргон в лампе легко ионизируется, что благоприятно сказывается на напряжении дуги, воздействующей на два электрода, приложенных к лампе первыми. Тепло, выделяемое дугой, а затем испаряющаяся ртуть и галогениды металлов, которые генерируют свет, увеличивается по мере повышения температуры и давления.

 

Обычные рабочие условия в дуговой трубке выше 5-50 атмосфер (70-700 фунтов или 500-5000 кПа) и 1000-3000 ℃. Как и все другие газоразрядные лампы, металлогалогенные лампы имеют отрицательное сопротивление, и, за редким исключением ламп с собственным балластом и нитью накала, балласт необходим для обеспечения надлежащего пускового и рабочего напряжения, а также для регулирования тока лампы. Приблизительно 24% света (65–115 лм/Вт), генерируемого за счет энергии, используемой в металлогалогенных лампах, делает их значительно более эффективными, чем лампы накаливания, которые обычно имеют КПД в диапазоне 2–4%.

Металлогалогенная лампа состоит из люминесцентной трубки с электродами, внешней колбы и цоколя.

Плавленый кварц внутри дуговой трубки Вольфрам дуговой трубки легирован ториевыми электродами, которые запаяны с обоих концов, а проходящий через них ток запечатан в фольге из плавленого кварца с молибденом. Это свет внутри дуговой трубки, который фактически строится.

Помимо паров ртути, лампа содержит йодиды, а иногда и бромиды различных металлов. В некоторых типах скандия и натрия используются таллий, индий и натрий в европейской трехсолевой модели, а более современный тип диспрозия имеет высокую цветовую температуру, олово имеет более низкую цветовую температуру, а в некоторых используются гольмий и тулий. Модель очень мощного кино- и телевизионного освещения. Галлий или свинец используются для печати в специальной модели с высоким уровнем УФ-А. Используемая смесь металлов определяет цвет лампы. В некоторых типах фестивалей или драматических эффектов используется таллий, который представляет собой почти чистый йодид, зеленый свет, индий и синий свет.

Щелочной металл (натрий или калий) почти всегда добавляется для уменьшения сопротивления дуги, что позволяет сделать дуговую трубку достаточно длинной, чтобы ее можно было использовать в качестве простого электрического балласта. Инертный газ, обычно аргон, вводят в дуговую трубку холодным способом при давлении около 2 кПа, чтобы способствовать инициированию разряда. Лампы, заполненные аргоном, обычно запускаются медленно, и для достижения полной интенсивности света требуется несколько минут; Ксеноновые лампы имеют лучшее время запуска при использовании в автомобильных фарах.

 

Металлогалогенные светильники для стадионов

Конец дуговой трубки часто снаружи покрыт белым силикатом циркония, отражающим инфракрасное излучение, или оксидом циркония, чтобы отражать тепло обратно к электроду для поддержания тепла и термоэлектронной эмиссии. Некоторые лампы имеют люминофорное покрытие на внутренней стороне внешней колбы для улучшения спектра и рассеивания света.

В середине 1980-х годов был разработан новый тип металлогалогенной лампы, которая заменила кварцевую (плавленый кварц) дуговую трубку, использовавшуюся в конструкции ртутных ламп и предыдущих металлогалогенных ламп, с использованием спеченного оксида алюминия, аналогичного тем, что были с дуговыми трубками. используют натриевые лампы высокого давления. Эта разработка уменьшает влияние ползучести ионов, которое поражает дуговые трубки из плавленого кварца. В течение срока службы натрий и другие элементы имеют тенденцию мигрировать в кварцевую трубку из-за сильного ультрафиолетового излучения и ионизации газа, что приводит к потреблению переработанных люминесцентных материалов. Дуговая трубка из спеченного оксида алюминия не пропускает ионы, сохраняя более постоянный цвет в течение всего срока службы лампы. Их обычно называют керамическими металлогалогенными лампами или лампами CMH.

 

Концепция модификации спектра с добавлением йодидов металлов (в частности: желтого, литий-красного, индия-синего, калия и рубидия-натриевого малинового и таллия-зеленого) ртутного дугового разряда позволила создать первую металлогалогенную лампу, которую можно Отследив патент US1025932 в 1912 году, Чарльз Стейнмец преобразовал «волшебника General Electric».

 

Металлогалогенные лампы используются в лампочках за пределами бейсбольных полей.

Большинство типов оснащены внешней стеклянной колбой для защиты внутренних компонентов и предотвращения потери тепла. Внешний пузырь также можно использовать для блокировки части или всего ультрафиолетового света, генерируемого разрядом паров ртути, и его можно специально легировать плавленым кварцем, защищающим от ультрафиолета. УФ-защита представляет собой одностороннюю (однобазовую) модель и двустороннюю модель, которые обычно используются для освещения вблизи людей. Некоторые мощные модели, особенно модели со свинцовой, галлиевой УФ-печатью и модели, используемые для определенных типов освещения стадиона, не имеют внешних лампочек. Использование оголенных дуговых трубок допустимо в оптической системе УФ или точно расположенных пропускающих ламп. Покровное стекло осветительного оборудования может использоваться для блокировки ультрафиолетовых лучей, а также может защитить людей или оборудование, если лампа выйдет из строя в результате взрыва.

Некоторые типы имеют спиральную металлическую основу Эдисона с различной номинальной мощностью от 10 до 18 000 Вт. Двусторонние дуги других типов, как описано выше, изготовлены из керамики с металлическим соединением между внутренней частью дуговой трубки и внешней стороной вдоль основания R7S-24. Они состоят из различных сплавов (таких как железо-кобальт-никель) с соответствующими коэффициентами теплового расширения дуговой трубки.