Halogenidová lampa

Metalhalogenidová výbojka (MHL) je jedním z typů vysokotlakých plynových výbojek (GRL). Od ostatních GRL se liší tím, že pro korekci spektrálních charakteristik obloukového výboje ve rtuťových parách se do hořáku MGL dávkují speciální radiační přísady (ID), což jsou halogenidy některých kovů.

Terminologie

Až do poloviny 70. let 20. století. v domácí osvětlovací technice se používal termín "metalhalogenidová výbojka", což bylo způsobeno názvem chemických prvků skupiny VII periodického systému  - "halogenidy". V chemické nomenklatuře bylo použití tohoto termínu považováno za nesprávné, protože „halogen“ v doslovném překladu z řečtiny je „jako sůl“ a slovo „ halogen “ - doslova „sůl“, což naznačuje vysokou chemickou aktivitu těchto látek. látek a vznik při reakcích s nimi solí kovů. Proto se v současnosti používá ruskojazyčný termín „metalhalogenidová lampa“, který je obsažen v ruském vydání CIE International Lighting Dictionary . Použití slovních mrzáků z anglického výrazu "metal halogenide lamp" ("metal halogenide", "metal halogenide") je nepřijatelné.

Aplikace

MGL je kompaktní, výkonný a účinný světelný zdroj (IS), který je široce používán v osvětlovacích a světelných signalizačních zařízeních pro různé účely. Hlavní použití: filmové osvětlení, užitkové, dekorativní a architektonické venkovní osvětlení, světlomety automobilů (tzv. " xenonové "), osvětlovací instalace (OU) průmyslových a veřejných budov, jevištní a studiové osvětlení, OU pro osvětlení velkých prostranství ( nádraží , lomy atd.), apod.osvětlení zesilovačích .

Jak to funguje

Svítící těleso MGL je plazma s vysokotlakým obloukovým elektrickým výbojem. V tomto je MGL podobný jiným typům radarů. Hlavním prvkem pro plnění výbojky (DT) MGL je inertní plyn (zpravidla argon Ar) a rtuť Hg. Kromě nich jsou v plnicím plynném médiu přítomny některé halogenidy kovů (radiační přísady - ID), obvykle jodid sodný a jodid skandium [1] . Ve studeném stavu ID ve formě tenkého filmu kondenzuje na stěnách RT. Při vysoké teplotě obloukového výboje se stěny zahřívají a tyto sloučeniny se odpařují, páry difundují do oblasti sloupce obloukového výboje a rozkládají se na ionty. V důsledku toho jsou atomy ionizovaného kovu excitovány a vytvářejí optické záření (OR).

Hlavní funkcí inertního plynu plnícího RT MHL, stejně jako u jiných rtuťových RL, je pufr, jinými slovy, plyn usnadňuje tok elektrického proudu RT při jeho nízké teplotě, tedy v době, kdy většina rtuti a zejména ID , je stále v kapalné nebo pevné fázi a jejich parciální tlak je velmi malý a nedostatečný pro vývoj výboje. Při zahřívání RT proudem dochází k vypařování rtuti a ID, v souvislosti s tím se výrazně mění elektrické i světelné parametry výbojky - elektrický odpor RT, světelný tok a emisní spektrum .

ID se volí tak, aby vyplnilo „mezery“ v emisním spektru rtuti za účelem získání požadovaného spektra lampy. V MGL používaných pro obecné a lokální osvětlení je tedy nutné kompenzovat nedostatek červeného a žlutého světla ve spektru rtuti. U barevných MGL je nutné zvýšit výtěžnost záření v daném úzkém spektrálním rozsahu. U MGL používaných ve fotochemických nebo fotofyzikálních procesech je zpravidla nutné zvýšit intenzitu záření v blízké ultrafialové oblasti (UV-A) a oblasti viditelné RI (fialová), která s ní bezprostředně sousedí.

Samotný princip fungování MGL navrhl v roce 1911 C. Steinmetz , i když na základě historických analogií lze spatřit analogii v konstrukci „Auerových čepic“ používaných ke zvýšení světelného výkonu petrolejových a plynových světelných zdrojů (IS ).

Stejně jako ostatní typy radarů, MHL vyžadují použití speciálních zařízení k zahájení výboje. Jako ty se používají buď pomocné (zapalovací) elektrody, obecně konstrukčně podobné elektrodám DRL výbojek, nebo předehřev jedné z elektrod na teplotu termionické emise, nebo externí pulzní zapalovací zařízení (IZU). Koordinace parametrů (napěťové charakteristiky, I–V charakteristiky) napájecího zdroje a výbojky se provádí pomocí předřadníku (předřadníku) , běžně nazývaného předřadník.

Jako předřadník se zpravidla používá tlumivka, někdy zvyšovací transformátor se zvýšeným magnetickým rozptylem svého feromagnetického jádra, který zajišťuje dopadový charakter jeho vnějšího CVC. V druhém případě se výboj v MGL zapálí vlivem vysokého napětí naprázdno transformátoru bez použití dalších zapalovacích zařízení.

Možnost široké variace spektrálních a elektrických charakteristik MGL, široký výkonový rozsah a vysoká světelná účinnost přispívají k jejich stále širšímu rozšíření v různých osvětlovacích instalacích. MGL je jednou z nejslibnějších náhrad DRL výbojek a vzhledem k radiačnímu spektru příznivějšímu pro lidské vnímání i sodíkové RLVD (NLVD).

Konstrukce

Základem MGL je RT (hořák), obvykle vyrobený z křemenného skla . V posledních letech se stále více rozšiřují MGL s RT ze speciální keramiky. Výhodou keramických hořáků je jejich vyšší tepelná odolnost.

Ve většině provedení MGL je hořák umístěn v externí baňce, která hraje dvojí roli. Za prvé, vnější baňka zajišťuje normální tepelný režim RT a snižuje její tepelné ztráty. Za druhé, sklo baňky působí jako světelný filtr , který silně odděluje tvrdé UV záření hořáku. Pro výrobu vnějších MGL baněk se používá borosilikátové sklo , které je mechanicky a tepelně stabilní a patří do skupiny wolframových skel podle teplotního koeficientu lineární roztažnosti (TCLE).

MGL určené pro použití v technologických procesech zpravidla nemají externí baňku, což je dáno potřebou efektivního využití jejich UV záření. Aby se omezila tvorba ozónu, někdy se pro takové MGL používá bezozónové křemenné sklo, které výrazně zeslabuje výkon 185nm rtuťové rezonanční linky.

MHL lze vyrábět v jedno- a dvoustranné (podhledové) verzi (druhé jsou určeny pro provoz pouze ve vodorovné poloze). Rozsah používaných patic je extrémně široký a neustále se rozšiřuje díky vývoji nových modelů lamp určených pro specifické aplikace. Některé modely výbojek, které jsou určeny především k náhradě výbojek DRL, mají na vnitřní straně vnější baňky fosforovou vrstvu.

Pro usnadnění zapalování MGL umožňují některé konstrukce RT instalaci jedné nebo dvou pomocných (zapalovacích) elektrod  - podobně jako u žárovek typu DRL . Použití této metody v MHL je však obtížné z řady důvodů, vzhledem ke zvláštnostem chemického složení náplně RT. U MGL vybavených zapalovací elektrodou se zpravidla po zapálení v hlavním výbojovém hořáku a jeho zahřátí vypne napájení zapalovací elektrody pomocí tepelného kontaktu. Širší využití má zapalování MGL pomocí IZU.

Schémata zapojení do elektrické sítě

Ostrá závislost proudu MGL na napětí na něm vyžaduje zahrnutí prvku omezujícího proud (PRA) do série s lampou. Většina MGL je navržena pro práci se sériovými předřadníky pro výbojky DRL příslušného výkonu (pokud v žárovce nejsou žádné speciální zapalovače, je v takových obvodech vyžadována instalace IZU). Pro práci s předřadníky existují MGL, DRL i HPS. Existují také předřadníky speciálních konstrukcí se stupňovitými autotransformátory nebo transformátory se zvýšeným magnetickým rozptylem nebo s vestavěným IZU, kombinující funkce omezení proudu a startovacího zapalování svítilny.

Proces zahřívání a vstupu do provozního režimu MGL je doprovázen významnými změnami proudu a napětí lampy a na konstrukci předřadníku a IZU jsou kladeny zvláštní požadavky, které se výrazně liší. z požadavků na předřadníky pro DRL a vysokotlaké sodíkové výbojky. Odpařování ID během zahřívání MGL způsobuje, že lampa zhasne kvůli nedostatečně vysokému napětí na ní.

Mimořádně nebezpečná je pro MHL akustická rezonance (AR), ke které dochází při napájení lampy střídavým proudem o určité frekvenci (v akustickém rozsahu). Příčinou vzniku AR je, že při změně směru toku proudu oblouk zhasne a při zvýšení napětí se opět rozsvítí. V tomto případě vlivem prudké změny tlaku v oblasti výtlaku vzniká akustická vlna, která se odráží od stěn hořáku. Při určité hodnotě frekvence dochází k rezonančnímu jevu. Frekvence AR závisí na geometrických rozměrech hořáku lampy a rychlosti zvuku v něm (tedy na tlaku v daném okamžiku). Důsledky akustické rezonance jsou nestabilita lampy, samovolné zhasnutí a v nejhorším případě fyzické zničení hořáku. Tento jev komplikuje návrh vysokofrekvenčních elektronických předřadníků pro MGL. Jako jedna z metod boje s AR se používá frekvenční modulace náhodným signálem. U žárovek s nízkým výkonem se úspěšně používá usměrněný (pulzující) proud.

Krátkodobé přerušení napájení způsobí zhasnutí MGL. Silné vibrace mohou vést ke stejnému výsledku, zvláště nebezpečné pro lampy s dlouhým obloukem, které pracují ve vodorovné poloze. Pro opětovné zapálení musí MGL vychladnout, aby se tlak par v něm, a tedy i průrazné napětí RT, snížil. K osvětlení zvláště kritických objektů, kde je přerušení nepřípustné, se používají předřadníky pro rychlé opětovné zapálení. V nich je zapálení horké MHL dosaženo dodáním výkonnějších zapalovacích impulsů s amplitudou až 30–60 kV. Tento režim výrazně urychluje zničení elektrod lampy, navíc vyžaduje použití lepší izolace částí vedoucích proud, a proto se používá jen zřídka.

Teplota vypalování

Zpočátku se MGL používaly místo rtuťových výbojek v těch místech, kde bylo potřeba vytvořit světlo, které se svými vlastnostmi blížilo přirozenému, a to z toho důvodu, že tyto výbojky vyzařují bílé světlo (rtuťové výbojky vyzařují světlo s velkou příměsí modrého světla ). V současnosti však není rozdíl mezi spektry těchto typů výbojek tak výrazný. Některé halogenidové výbojky mohou produkovat velmi čisté bílé denní světlo s indexem podání barev vyšším než 90.

MGL jsou schopny vyzařovat světlo s barevnou teplotou v rozmezí od 2500 K (žluté světlo) do 20 000 K (modré světlo). Některé typy speciálních lamp byly vytvořeny pro vyzařování spektra potřebného pro rostliny (používané ve sklenících, sklenících atd.) nebo zvířata (používané při osvětlení akvárií). Je však třeba mít na paměti, že kvůli přítomnosti tolerancí a směrodatných odchylek v tovární výrobě lamp nelze barevné charakteristiky lamp specifikovat se 100% přesností. Navíc podle norem ANSI se barevné charakteristiky metalhalogenidových výbojek měří po 100 hodinách jejich hoření (tzv. expozice). Barevné charakteristiky těchto lamp proto nebudou odpovídat specifikaci, dokud nebude lampa vystavena této expozici.

Největší nesrovnalosti s deklarovanými specifikacemi jsou u žárovek s technologií spouštění „předehřátím“ (±300 K). Lampy vyrobené pomocí nejnovější technologie „pulsního startu“ zlepšily svou shodu s deklarovanými charakteristikami, v důsledku čehož je rozdíl od 100 do 200 K. Elektrické charakteristiky síťového napájení, jakož i v důsledku odchylek ve žárovkách samy o sobě, mohou také ovlivnit barevnou teplotu lamp. V případě, že výkon dodávaný do lampy bude mít nedostatečný výkon, bude mít nižší fyzikální teplotu a její světlo bude „studené“ (s větším množstvím modrého světla, díky čemuž budou velmi podobné rtuťovým výbojkám). K tomuto jevu dochází v důsledku skutečnosti, že oblouk s nedostatečně vysokou teplotou se nebude moci zcela odpařit a ionizovat ID, které dávají světlu lampy teplý odstín (žluté a červené barvy), díky čemuž se spektrum světlejších ve spektru lamp bude dominovat ionizovaná rtuť. Stejný jev lze pozorovat také při zahřívání lampy, kdy žárovka lampy ještě nedosáhla provozní teploty a ID nejsou zcela ionizovány.

U svítidel napájených nadměrně vysokým napětím je tomu naopak, ale tato situace je nebezpečnější, vzhledem k možnosti výbuchu vnitřní žárovky v důsledku jejího přehřátí a vzniku přetlaku v ní. Navíc při použití halogenidových výbojek se jejich barevné charakteristiky v průběhu času často mění. Ve velkých osvětlovacích instalacích používajících metalhalogenidové výbojky se často všechny výbojky výrazně liší v barevných charakteristikách.

Typy a jejich označení

Výkonová řada MGL začíná od desítek wattů a dosahuje 10–20 kW. Nejoblíbenější jsou výbojky používané ve venkovním osvětlení OS (jednopaticové 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 W a reflektory 70 a 150 W).

Jednopaticové žárovky se označují zkratkou SE (single-ended) a oboustranné zkratkou DE (double-ended). Svítidla s jednostrannou paticí se zpravidla šroubují do objímky pomocí závitu na patici (mají tzv. Edisonovu patici). Svítidla s oboustrannou paticí je nutné vkládat do objímek umístěných na obou stranách použitého svítidla.

Konvekční toky halogenidů kovů v plazmatu MGL oblouku jsou závislé na směru gravitace a významně ovlivňují distribuci energetického toku opouštějícího MGL hořák. [2] [3] Proto jsou halogenidové výbojky citlivé na polohu, ve které jsou instalovány. Lampy jsou navrženy pouze pro provoz v určité orientaci. Lampy označené „univerzální“ však lze provozovat v jakékoli poloze, i když při nesvislé poloze se očekávaná životnost a světelný výkon sníží. Pro dosažení nejlepšího výkonu při použití lampy v případě, že je její orientace známa předem, je nutné zvolit nikoli univerzální lampu, ale odpovídající lampu pro tuto polohu.

K označení doporučené orientace lampy, ve které by měla být provozována, se používají různé kódy (např. U = univerzální, BH = základna horizontální, BUD = Základna nahoru/dolů atd.). Při použití lamp ve vodorovné poloze je nejlepší směřovat nos vnitřní baňky (tzv. bradavky) nahoru.

V systému ANSI začíná označení MHL písmenem „M“, za nímž následuje číselný kód označující elektrické vlastnosti výbojky a také odpovídající typ předřadníku (písmeno „H“ se používá k označení rtuťových výbojek a písmeno "S" se používá k označení sodíkových výbojek). "). Po číselném kódování následují dvě písmena označující velikost svítilny, její tvar, ale i typ povlaku atd. s výjimkou barvy. Za toto označení může výrobce volitelně přidat libovolné číselné nebo abecední kódy pro zobrazení informací, které se nezobrazují systémem označení ANSI, jako je výkon lampy a barva lampy. Pro volbu předřadníku je důležité pouze písmeno "M" a následující číselné kódování. Například kódování ANSI M59-PJ-400 označuje žárovku, která funguje pouze s předřadníky typu M59. Svítidla od evropských výrobců jsou vyráběna podle evropských norem, které se v některých případech mírně liší od norem ANSI.

Dalším označením, se kterým se často setkáváme při výběru MGL, je zkratka HQI. Tato zkratka je ochrannou známkou OSRAM a označuje speciální typ žárovky vyráběný touto společností. Postupem času se ale této zkratce začalo říkat MGL jakéhokoli výrobce, včetně těch s oboustrannou základnou. Evropské MGL neodpovídají přesně normám ANSI a pracují při různých hodnotách proudu a napětí. Ve většině případů nelze přímý evropský analog žárovky ANSI použít s americkým předřadníkem, proto je pro práci s tímto typem žárovky nutné vybrat vhodný předřadník označený HQI. Například předřadníky M80 a M81 také nesou označení HQI a používají se se 150W a 250W výbojkami.

Baňky

Označení baněk se skládá z písmene/písmen označujících jejich tvar a číselného kódu udávajícího v osminách palce maximální možný průměr baňky. Například označení E17 znamená, že lampa je elipsoidní s maximálním průměrem 17/8 nebo 2 1/8 palce .

Označení baňkových písmen: BT (Bulbous Tubular) - baňatý tubulární, E nebo ED (Elipsoidal) - elipsoidní, ET (Ellipsoidal Tubular) - elipsoidní tubulární, PAR (Parabolic) - parabolický, R (Reflector) - reflexní, T (Tubular ) je trubkový.

Poznámky

  1. ↑ Flesch, Peter. Světlo a světelné zdroje: výbojky s vysokou svítivostí  . - Springer, 2006. - S. 45-46. — ISBN 3-540-32684-7 .
  2. ↑ Borodin V.I., Luizova L.A., Khakhaev A.D., Trukhacheva V.A. Zkoumání časových a prostorových rozložení parametrů vícesložkového vysokotlakého plazmatu s uzavřeným obloukem. - Petrozavodsk: Meziuniverzita. So. Optika nehomogenních médií., 1981. - S. 117-141 .
  3. ↑ Borodin V.I. Konvekce ve rtuťových obloukových výbojích se snadno ionizovatelnými nečistotami. - Moskva: Tepelná fyzika vysokých teplot., 1982. - T. 20 , no. 3 . - S. 443-446 .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie