Lampă cu halogenuri metalice

O lampă cu halogenuri metalice (MHL) este unul dintre tipurile de lămpi cu descărcare în gaz de înaltă presiune (GRL). Diferă de alte GRL-uri prin aceea că, pentru a corecta caracteristicile spectrale ale unei descărcări de arc în vapori de mercur, în arzătorul MGL sunt dozați aditivi radianți speciali (ID), care sunt halogenuri ale unor metale.

Terminologie

Până la mijlocul anilor 1970. în ingineria de iluminat casnic, a fost folosit termenul „lampă cu halogenuri metalice”, care s-a datorat denumirii elementelor chimice din grupa VII a sistemului periodic  - „halogenuri”. În nomenclatura chimică, utilizarea acestui termen a fost recunoscută ca fiind incorectă, deoarece „halogen” în traducerea literală din greacă este „asemănător cu sare”, iar cuvântul „ halogen ” - literalmente „sare”, indicând activitatea chimică ridicată a acestora. substanțe și formarea în reacții cu acestea săruri metalice. Prin urmare, în prezent este utilizat termenul în limba rusă „lampă cu halogenuri metalice”, care este inclus în ediția rusă a Dicționarului internațional de iluminat CIE . Folosirea infirmelor verbale din termenul englezesc „metal halide lamp” („metal halide”, „metal halide”) este inacceptabilă.

Aplicație

MGL este o sursă de lumină (IS) compactă, puternică și eficientă, care este utilizată pe scară largă în dispozitive de iluminat și semnal luminos în diverse scopuri. Aplicații principale: iluminat cu film, iluminat exterior utilitar, decorativ și arhitectural, faruri auto (așa-numitele „ xenon ”), instalații de iluminat (OU) clădirilor industriale și publice, iluminat scene și studio, OU pentru iluminarea spațiilor mari deschise ( gări de cale ferată). , cariere etc.), etc.iluminarea amplificatoarele tehnologice .

Cum funcționează

Corpul luminos al MGL este o plasmă cu descărcare electrică cu arc de înaltă presiune. În acest MGL este similar cu alte tipuri de radar. Elementul principal pentru umplerea tubului de descărcare (DT) al MGL este un gaz inert (de regulă, argon Ar) și mercur Hg. Pe lângă acestea, în mediul gazos de umplere sunt prezente și unele halogenuri metalice (aditivi radianți - ID), de obicei iodură de sodiu și iodură de scandiu [1] . În stare rece, ID sub formă de peliculă subțire se condensează pe pereții RT. La o temperatură ridicată a arcului de descărcare, pereții sunt încălziți și acești compuși se evaporă, vaporii difuzează în regiunea coloanei de descărcare a arcului și se descompun în ioni. Ca rezultat, atomii de metal ionizat sunt excitați și creează radiații optice (OR).

Funcția principală a gazului inert care umple RT al MHL, ca și în alte RL-uri de mercur, este tampon, cu alte cuvinte, gazul facilitează fluxul de curent electric prin RT la temperatura sa scăzută, adică într-un moment în care cea mai mare parte a mercurului și, mai ales, ID , se află încă în fază lichidă sau solidă și presiunea lor parțială este foarte mică și insuficientă pentru dezvoltarea debitului. Pe măsură ce RT este încălzit de curent, are loc evaporarea mercurului și ID, în legătură cu aceasta, atât parametrii electrici, cât și cei de lumină ai lămpii se modifică semnificativ - rezistența electrică a RT, fluxul luminos și spectrul de emisie .

ID-ul este ales în așa fel încât să umple „golurile” din spectrul de emisie de mercur pentru a obține spectrul necesar al lămpii. Astfel, în MGL-urile utilizate pentru iluminarea generală și locală, este necesar să se compenseze lipsa luminii roșii și galbene din spectrul mercurului. În MGL-urile de culoare, este necesar să se mărească randamentul de radiație într-un interval spectral îngust dat. Pentru MGL-urile utilizate în procesele fotochimice sau fotofizice, de regulă, este necesară creșterea intensității radiației în regiunea ultravioletă apropiată (UV-A) și regiunea RI vizibilă (violet) imediat adiacentă acesteia.

Însuși principiul de funcționare al MGL a fost propus în 1911 de C. Steinmetz , deși, trasând analogii istorice, se poate observa o analogie în proiectarea „capselor Auer” utilizate pentru a crește puterea luminoasă a surselor de lumină cu kerosen și gaz (IS ).

Ca și alte tipuri de radar, MHL necesită utilizarea unor dispozitive speciale pentru a iniția descărcarea. Ca ei, sunt folosiți fie electrozi auxiliari (de aprindere), în general similare ca electrozi ai lămpilor DRL, fie preîncălzirea unuia dintre electrozi la temperatura emisiei termoionice, fie dispozitive externe de aprindere cu impulsuri (IZU). Coordonarea parametrilor (caracteristicile de tensiune, caracteristicile I–V) ai sursei de alimentare și a lămpii se realizează folosind un balast (balast) , denumit în mod obișnuit balast.

De regulă, un șoc este folosit ca dispozitiv de control, uneori un transformator de creștere cu disipare magnetică crescută a miezului feromagnetic, ceea ce asigură natura incidentă a CVC-ului său extern. În acest din urmă caz, descărcarea din MGL este aprinsă sub influența unei tensiuni ridicate de circuit deschis a transformatorului fără utilizarea altor dispozitive de aprindere.

Posibilitatea unei variații largi a caracteristicilor spectrale și electrice ale MGL-urilor, o gamă largă de putere și eficiență luminoasă ridicată contribuie la o distribuție tot mai largă a acestora în diverse instalații de iluminat. MGL este unul dintre cei mai promițători înlocuitori pentru lămpile DRL și, datorită spectrului de radiații care este mai favorabil pentru percepția umană, este și sodiu RLVD (NLVD).

Constructii

Baza MGL este RT (arzătorul), de obicei realizat din sticlă de cuarț . În ultimii ani, MGL-urile cu RT din ceramică specială au devenit din ce în ce mai răspândite. Avantajul arzatoarelor ceramice este rezistenta lor mai mare la caldura.

În majoritatea modelelor MGL, arzătorul este plasat într-un balon extern, care joacă un rol dublu. În primul rând, balonul exterior asigură regimul termic normal al RT, reducându-i pierderile de căldură. În al doilea rând, sticla balonului acționează ca un filtru de lumină , care oprește puternic radiațiile UV dure ale arzătorului. Pentru fabricarea baloanelor MGL exterioare se folosește sticlă borosilicată , care este stabilă mecanic și termic, aparținând grupului de sticle de wolfram în funcție de coeficientul de temperatură de dilatare liniară (TCLE).

MGL-urile destinate utilizării în procese tehnologice, de regulă, nu au un balon extern, ceea ce se datorează necesității utilizării eficiente a radiațiilor UV. Pentru a reduce formarea de ozon, uneori se folosește sticlă de cuarț fără ozon pentru astfel de MGL, ceea ce atenuează semnificativ puterea liniei de rezonanță a mercurului de 185 nm.

MHL poate fi fabricat în versiuni cu un singur și cu două capete (soffit) (cele din urmă sunt proiectate să funcționeze numai în poziție orizontală). Gama de baze folosite este extrem de largă și este în continuă extindere datorită dezvoltării de noi modele de lămpi concepute pentru aplicații specifice. Unele modele de lămpi, concepute în principal pentru a înlocui lămpile DRL, au un strat de fosfor în interiorul becului exterior.

Pentru a facilita aprinderea MGL, unele modele RT prevăd instalarea unuia sau a doi electrozi auxiliari (de aprindere)  - similar cu designul lămpilor de tip DRL . Cu toate acestea, utilizarea acestei metode în MHL este dificilă din mai multe motive, datorită particularităților compoziției chimice a umpluturii RT. De regulă, în MGL-urile echipate cu un electrod de aprindere, alimentarea cu energie a acestuia din urmă este oprită folosind un contact termic după aprindere în arzătorul principal cu descărcare și încălzirea acestuia. Aprinderea MGL cu ajutorul IZU este mai utilizată.

Scheme de includere în rețeaua electrică

Dependența puternică a curentului MGL de tensiunea pe el necesită includerea unui element limitator de curent (PRA) în serie cu lampa. Majoritatea MGL-urilor sunt proiectate să funcționeze cu balasturi seriale pentru lămpi DRL de putere corespunzătoare (dacă nu există aprinderi speciale în becul lămpii, este necesară o instalare IZU în astfel de circuite). Există MGL-uri pentru lucrul cu balasturi, atât DRL, cât și HPS. Există, de asemenea, balasturi cu modele speciale cu autotransformatoare sau transformatoare cu disipare magnetică crescută sau cu IZU încorporat, combinând funcțiile de limitare a curentului și de pornire a aprinderii lămpii.

Procesul de încălzire și de intrare în modul de funcționare al MGL este însoțit de modificări semnificative ale curentului și tensiunii lămpii, iar proiectarea balastului și IZU sunt impuse cerințe speciale, care diferă semnificativ. din cerințele pentru echipamentele de comandă pentru lămpi DRL și cu sodiu de înaltă presiune. Evaporarea ID în timpul încălzirii MGL face probabil ca lampa să se stingă din cauza unei tensiuni insuficient de ridicate pe ea.

Extrem de periculoasă pentru MHL este rezonanța acustică (AR), care apare atunci când lampa este alimentată de un curent alternativ de o anumită frecvență (în domeniul acustic). Motivul apariției AR este că atunci când direcția fluxului de curent se schimbă, arcul se stinge și, odată cu creșterea tensiunii, se aprinde din nou. În acest caz, din cauza unei schimbări bruște a presiunii în zona de descărcare, apare o undă acustică, care este reflectată de pereții arzătorului. La o anumită valoare a frecvenței, are loc un fenomen de rezonanță. Frecvența AR depinde de dimensiunile geometrice ale arzătorului lămpii și de viteza sunetului în acesta (adică de presiunea în acest moment). Consecințele rezonanței acustice sunt instabilitatea lămpii, stingerea spontană și, în cel mai rău caz, distrugerea fizică a arzătorului. Acest fenomen complică proiectarea balastului electronic de înaltă frecvență pentru MGL. Ca una dintre metodele de combatere a AR, se utilizează modularea frecvenței printr-un semnal aleator. Pentru lămpile de putere mică, curentul redresat (pulsant) este utilizat cu succes.

Întreruperile pe termen scurt ale alimentării cu energie electrică provoacă oprirea MGL-ului. Vibrațiile puternice pot duce la același rezultat, mai ales periculoase pentru lămpile cu arc lung, care funcționează în poziție orizontală. Pentru reaprindere, MGL trebuie să se răcească, astfel încât presiunea vaporilor din el și, în consecință, tensiunea de defalcare a RT să scadă. Pentru a ilumina obiecte deosebit de critice, unde întreruperile sunt inacceptabile, se folosesc balasturi cu reaprindere rapidă. În ele, aprinderea unui MHL fierbinte se realizează prin furnizarea de impulsuri de aprindere mai puternice cu o amplitudine de până la 30-60 kV. Acest mod accelerează semnificativ distrugerea electrozilor lămpii, în plus, necesită utilizarea unei mai bune izolații a pieselor purtătoare de curent și, prin urmare, este rar utilizat.

Temperatura de ardere a culorii

Inițial, MGL-urile au fost folosite în locul lămpilor cu mercur în acele locuri în care era necesar să se creeze o lumină care să fie aproape de naturală în caracteristicile sale, datorită faptului că aceste lămpi emit lumină albă (lămpile cu mercur emit lumină cu un amestec mare de lumină albastră). ). Cu toate acestea, în prezent, diferența dintre spectrele acestor tipuri de lămpi nu este atât de semnificativă. Unele lămpi cu halogenuri metalice pot produce lumină albă foarte pură, cu un indice de redare a culorii mai mare de 90.

MGL-urile sunt capabile să emită lumină cu o temperatură de culoare cuprinsă între 2500 K (lumină galbenă) și 20.000 K (lumină albastră). Unele tipuri de lămpi speciale au fost create pentru a emite spectrul necesar plantelor (folosite în sere, sere etc.) sau animalelor (folosite în iluminatul acvariului). Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că, din cauza prezenței toleranțelor și a abaterilor standard în producția din fabrică a lămpilor, caracteristicile de culoare ale lămpilor nu pot fi specificate cu o precizie de 100%. Mai mult decât atât, conform standardelor ANSI, caracteristicile de culoare ale lămpilor cu halogenuri metalice sunt măsurate după 100 de ore de la arderea lor (așa-numita expunere). Prin urmare, caracteristicile de culoare ale acestor lămpi nu vor fi cele specificate până când lampa nu a fost supusă acestei expuneri.

Cele mai mari discrepanțe cu datele de specificație declarate sunt pentru lămpile cu tehnologie de pornire „preîncălzire” (±300 K). Lămpile produse folosind cea mai recentă tehnologie „pulse start” și-au îmbunătățit conformitatea cu caracteristicile declarate, drept urmare discrepanța este de la 100 la 200 K. Caracteristicile electrice ale rețelei de alimentare, precum și din cauza abaterilor lămpilor ele însele, pot afecta, de asemenea, temperatura de culoare a lămpilor. În cazul în care puterea furnizată lămpii are o putere insuficientă, aceasta va avea o temperatură fizică mai scăzută și lumina acesteia va fi „rece” (cu mai multă lumină albastră, ceea ce le va face foarte asemănătoare cu lămpile cu mercur). Acest fenomen apare din cauza faptului că un arc cu o temperatură insuficient de ridicată nu se va putea evapora complet și ioniza ID, ceea ce conferă luminii lămpii o nuanță caldă (culori galbene și roșii), datorită căreia spectrul de brichetă mercurul ionizat va domina în spectrul lămpii. Același fenomen se observă și în timpul încălzirii lămpii, când becul lămpii nu a atins încă temperatura de funcționare și ID-urile nu sunt complet ionizate.

Pentru lămpile alimentate cu tensiune excesiv de înaltă este adevărat invers, dar această situație este mai periculoasă, din cauza posibilității unei explozii a becului interior din cauza supraîncălzirii acestuia și apariției unei presiuni excesive în acesta. În plus, atunci când se utilizează lămpi cu halogenuri metalice, caracteristicile lor de culoare se schimbă adesea în timp. În instalațiile mari de iluminat care utilizează lămpi cu halogenuri metalice, adesea toate lămpile diferă semnificativ în caracteristicile de culoare.

Tipuri și denumirile lor

Gama de putere MGL începe de la zeci de wați și ajunge la 10-20 kW. Cele mai populare sunt lămpile utilizate în sistemul de iluminat exterior OS (single-ended 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 W și spoturi 70 și 150 W).

Lămpile cu un singur capăt sunt desemnate prin abrevierea SE (cu un singur capăt) și, respectiv, cu două fețe, prin abrevierea DE (cu două capete). Lămpile cu o bază unilaterală, de regulă, sunt înșurubate în soclu folosind filetul de pe bază (au așa-numita bază Edison). Lămpile cu soclu cu două fețe trebuie introduse în prizele situate pe ambele părți ale corpului de iluminat utilizat.

Fluxurile de convecție ale halogenurilor metalice din plasma arcului MGL depind de direcția gravitației și afectează semnificativ distribuția fluxului de energie care părăsește arzătorul MGL. [2] [3] Prin urmare, lămpile cu halogenuri metalice sunt sensibile la poziția în care sunt instalate. Lămpile sunt proiectate doar pentru a funcționa într-o anumită orientare. Cu toate acestea, lămpile marcate „universal” pot fi acționate în orice poziție, deși dacă sunt acționate într-o poziție neverticală, speranța de viață și puterea de lumină vor fi reduse. Pentru a obține cele mai bune performanțe atunci când utilizați o lampă în cazul în care orientarea acesteia este cunoscută dinainte, este necesar să alegeți nu o lampă universală, ci o lampă corespunzătoare pentru această poziție.

Sunt utilizate diverse coduri pentru a indica orientarea recomandată a lămpii în care ar trebui să fie operată (de exemplu, U = universal, BH = bază orizontală, BUD = bază sus/jos etc.). Când folosiți lămpi în poziție orizontală, cel mai bine este să îndreptați nasul becului interior (așa-numitul mamelon) în sus.

În sistemul ANSI, desemnarea MHL începe cu litera „M”, urmată de o codificare numerică care indică caracteristicile electrice ale lămpii, precum și tipul corespunzător de balast (litera „H” este folosită pentru a desemna lămpile cu descărcare cu mercur , iar litera "S" este folosită pentru a desemna lămpile cu sodiu). "). După codificarea numerică urmează două litere care indică dimensiunea lămpii, forma acesteia, precum și tipul de acoperire etc., cu excepția culorii. După această desemnare, producătorul poate adăuga opțional orice coduri numerice sau alfabetice pentru a afișa informații care nu sunt afișate de sistemul de desemnare ANSI, cum ar fi puterea lămpii și culoarea lămpii. Pentru alegerea balastului sunt importante doar litera „M” și următoarea codificare numerică. De exemplu, codarea ANSI M59-PJ-400 indică o lampă care funcționează numai cu balasturi de tip M59. Lămpile de la producătorii europeni sunt produse folosind standarde europene, care în unele cazuri diferă ușor de standardele ANSI.

O altă denumire frecvent întâlnită la alegerea unui MGL este abrevierea HQI. Această abreviere este o marcă comercială a OSRAM și se referă la un tip special de lampă produs de această companie. Dar, de-a lungul timpului, această abreviere a început să fie numită MGL al oricărui producător, inclusiv al celor cu o bază cu două fețe. MGL-urile europene nu respectă întocmai standardele ANSI și funcționează la valori diferite de curent și tensiune. În cele mai multe cazuri, analogul european direct al lămpii ANSI nu poate fi utilizat cu balastul american, prin urmare, pentru a lucra cu acest tip de lampă, este necesar să selectați balastul corespunzător, marcat HQI. De exemplu, balasturile M80 și M81 poartă, de asemenea, denumirea HQI și sunt utilizate cu lămpi de 150W și, respectiv, 250W.

Baloane

Denumirea baloanelor constă dintr-o literă/litere care indică forma acestora și un cod numeric care indică în optimi de inch diametrul maxim posibil al balonului. De exemplu, marcajul E17 indică faptul că lampa este elipsoidală cu un diametru maxim de 17/8 sau 2 1/8 inci .

Denumirile literelor din balon: BT (Tubular Bulbos) - tubular bulbos, E sau ED (Elipsoidal) - elipsoidal, ET (Tubular elipsoidal) - tubular elipsoidal, PAR (Parabolic) - parabolic, R (Reflector) - reflex, T (Tubular) este tubular.

Note

  1. ↑ Flesch, Peter. Lumină și surse de lumină:  lămpi cu descărcare de mare intensitate . - Springer, 2006. - P. 45-46. — ISBN 3-540-32684-7 .
  2. ↑ Borodin V.I., Luizova L.A., Khakhaev A.D., Trukhacheva V.A. Investigarea distribuțiilor temporale și spațiale ale parametrilor unei plasme multicomponente cu arc închis de înaltă presiune. - Petrozavodsk: Interuniversitar. sat. Optica mediilor neomogene., 1981. - S. 117-141 .
  3. ↑ Borodin V.I. Convecție în descărcări cu arc de mercur cu impurități ușor ionizabile. - Moscova: Fizica termică a temperaturilor înalte., 1982. - T. 20 , nr. 3 . - S. 443-446 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii