Natriumdampflampen - Beleuchtungsgeräte, die Metallpaare als Arbeitssubstanz verwenden. Im Gegensatz zu den beiden anderen Klassen von Bit-Geräten. Zum Beispiel verwenden Quecksilberlampen die Entladung in Gasen und strahlen eine Familie von Beleuchtungskörpern aus, bei denen Metallverbindungen zum Arbeitsstoff werden.
Hauptmerkmale von Entladungsnatriumlampen
Es wird angenommen, dass Natriumbirnen die höchste Lichtleistung haben, was eine beeindruckende Effizienz bedeutet. Produkte zeichnen sich unter anderem durch eine lange Lebensdauer aus. Während des Betriebs nimmt die Lichtleistung etwas ab. Die Betriebsparameter( Hochdrucklampen) hängen wenig von der Umgebungstemperatur ab( Überhitzung wird durch eine ordnungsgemäß implementierte Konstruktion ausgeschlossen).Für die Straßenbeleuchtung sind Natriumglühlampen gefragt. Es gibt gravierende Nachteile:
- Nicht zu zuverlässige Farbwiedergabe( Koeffizientenwerte - 25).Dies gilt seit langem als die Haupteinschränkung für den Einsatz von Entladungslampen im Alltag. Extrem schlecht aussehend mit einer ähnlichen menschlichen Haut.
- Die Abgabe von Natriumdampf ist inhärent in der tiefen Pulsation, was zu einer schnellen visuellen Ermüdung führt. Der Flickereffekt ist schädlich für das Nervensystem und verschiedene Aspekte der menschlichen Gesundheit. Das erwähnte Phänomen wird durch die vollständige Trägheit des Lichtbogens in Natriumdampf erklärt - die Lumineszenz folgt dem Gesetz der angelegten Spannung( in einem Netzwerk normalerweise ein 50 Hz-Sinus).
- Mit dem Verbrauch der Lebensressource steigt der Stromverbrauch der Natriumlampe allmählich und steigt im Vergleich zum Original um 40%.
- Das Natrium-Starter-Steuergerät ist sperrig( nimmt viel Platz ein) und zeichnet sich durch große Verluste( bis zu 60% der gesamten verbrauchten Energie) aus.
- Das Vorhandensein einer Startdrossel legt einen niedrigen Leistungsübertragungskoeffizienten( bis zu 0,35) fest. Dies erfordert einen festen Block aus Kompensationskondensatoren, um den reaktiven Teil zu eliminieren.
Beleuchtungsgerät
Vorstehend wird die Verwendung von Natriumglühlampen hauptsächlich für die Nachtbeleuchtung erläutert, insbesondere für Nichtwohnobjekte: Geschäfte, Lager, Bahnhöfe. Außerdem - für Lager, Autobahnen, architektonische Strukturen. Das gelbe Licht einer Niederdrucknatriumlampe ermöglicht es einer Person, Teile mit relativ geringer Strahlungsintensität zu unterscheiden, die bei schlechtem Wetter hervorragend durch den Nebel dringen. Die angegebene Spezifität ermöglicht es, auf Basis der beschriebenen Geräte eine Vielzahl von Signalinstallationen zu erstellen.
Einige der oben genannten Nachteile können durch die Verwendung elektronischer Vorschaltgeräte vom Typ Inverter eliminiert werden. Dies reduziert den Stromverbrauch, da aufgrund des Fehlens einer Startdrossel der Leistungsfaktor 0,95 erreicht. Natürlich ist die Masse des elektronischen Vorschaltgeräts gering. Dies ist einer Person bekannt, die die Vorteile von LED- und Entladungslampen mit Edison E27-Gewinde kennt. Die gesamte Elektronik passt hier in den Keller.
Die Lebensdauer von Natriumdampf-Hochdrucklampen variiert zwischen 12 und 28.000 Stunden. Dies ist ein wettbewerbsfähiger Wert, ausgedrückt in Arbeitstagen von 4 - 9,5 Jahren. Allmählich steigt der Spannungsabfall an den Lampen mit einer Rate von 1–5 V pro Jahr an. Was wird eine Ursache, die zum Versagen führt.
Niederdruckkolbenflaschen sind normalerweise zylindrisch. Bei Hochdruckprodukten handelt es sich manchmal um Pilze mit einem internen Reflektor oder einem Ellipsoid. Im letzteren Fall sind die Emissionsspektren in der Leistung abgestuft: Für ihre Durchschnittswerte ist der Druck im Kolben maximal, was die obige Unterteilung erklärt. Spektraleigenschaften werden durch die Netzspannung beeinflusst( wenn kein elektronisches Vorschaltgerät verwendet wird).Die Lebensdauer und die Amplitude sind kritisch: Eine Erhöhung oder Verringerung der Spannung um nur 5% führt zu einer starken Alterung des Produkts.
Für normale Verbraucher sind Lampen mit verbesserter Farbwiedergabe von Interesse. Die entsprechende Produktquote erreicht 83, was als hervorragender Indikator angesehen wird. Für LED-Lampen sind typische Werte beispielsweise 70 oder mehr. Letztere werden im Alltag massiv eingesetzt, es gibt nur wenige, die sich über solche Parameter beschweren möchten. Und angesichts der Effizienz von Natriumglühlampen glauben wir, dass die Geräte für andere Familien von Beleuchtungsgeräten ein würdiger Wettbewerber sein werden.
Lampenbetrieb
Das Funktionsprinzip von Natriumdampflampen
In einem verschlossenen Kolben werden Bedingungen für die Verdampfung von Natrium geschaffen. Um Licht zu erhalten, werden D-Linien bei 589 und 589,6 nm verwendet. Natriumdampflampen kommen in Hoch- und Niederdruck. Nach der allgemein anerkannten Klassifizierung liegt sie zwischen 30.000 und 1 Millionen Pa bzw. zwischen 0,1 und 10.000 Pa. Eine solche Situation ist auf der Grundlage langjähriger Erforschung der Besonderheiten der Ableitung entstanden.
Es wurde festgestellt, dass die maximale Lichtleistung bei Drücken von 0,2 und 10.000 Pa beobachtet wird. Die ersten Natriumlampen, die 1931 von Marcello Pirani hergestellt wurden, funktionieren am ersten Extremum der Funktion innerhalb des angegebenen Intervalls bei einer Stromdichte von 0,1 - 0,5 A pro Quadratzentimeter. Die günstigsten Bedingungen für die Lichtemission werden bei Temperaturen der flüssigen Phase im Bereich von 270 - 300 Grad Celsius erreicht( die Temperatur der Basis ist mindestens doppelt so niedrig).Lampen mit einem Druck von 0,2 Pa arbeiten effizienter.
Das zweite Extremum wird durch weiteres Erhitzen des Dampfes erreicht. Bei Temperaturen von 650 - 750 Grad Celsius. Natrium-Hochdrucklampen konnten lange Zeit nicht hergestellt werden. Die Schwierigkeit war das Fehlen eines geeigneten Materials für den Kolben. Nur Aluminiumkeramik konnte dem Angriff einer aggressiven Umgebung bei Temperaturen über 1000 Grad( 1300 bis 1400 Grad Celsius) standhalten. Künstliche Materialien gaben der Menschheit viel, was in der Übersicht über elektrische Schaltungen indirekt erwähnt wurde.
-Niederdruck-Natriumdampflampen
-Niederdrucklampen sind äußerst effektiv. Die obigen Wellenlängen werden dominant, aber weit von den einzigen im Emissionsspektrum entfernt. Bei Niederdrucklampen liegen die meisten Linien im Bereich der Empfindlichkeit des Auges. Dies bedeutet, dass das Licht so hell wie möglich ist. Mit anderen Worten, Niederdrucklampen haben einen attraktiven Wirkungsgrad.
In Labormodellen liegt der Wirkungsgrad bei 50-60%.Infolgedessen steigt die Lichtleistung auf 400 lm / W( die theoretische Grenze für das derzeitige technologische Niveau liegt bei 500 lm / W).
Zum Vergleich. Eine 9W-EKF-LED-Lampe( analog eines 75-W-Filaments) ergibt einen Fluss von 830 lm. Die Zahl gilt als guter Indikator für Energieeinsparungen. Obwohl die Lichtausbeute nicht schwer zu erraten ist, beträgt sie „nur“ 92 lm / Watt. Es wird deutlich, wie wirksam vor 1931 erfundene Niederdrucknatriumlampen waren.
In der Praxis muss man Opfer bringen( Philips Lampen sind immer noch gut und erreichen eine Lichtausbeute von 133-178 lm / W).Die Temperatur des Kolbens steigt aufgrund spezieller Maßnahmen zur Wärmeisolierung( wenn der Radius des Kolbens den maximalen Wirkungsgrad überschreitet) auf die erforderlichen 270 bis 300 Grad Celsius an, und der Betriebsstrom wird teilweise optimal. Daher erreicht die Effizienz von für den Massenverkauf freigegebenen realen Produkten nicht die oben genannten Grenzen. Es bleibt jedoch erhöht, so dass Natriumbirnen als energieeffizient bezeichnet werden.
Die Wärmedämmung wird manchmal durch andere Maßnahmen ergänzt. Der reflektierende Mantel aus Halbleitermaterialien überträgt die nützliche gelbe Strahlung, reflektiert jedoch das Infrarot. Die Temperatur im Inneren steigt weiter an. Das Design der Natriumlampe ist jedoch komplizierter.
Der Lichtbogen wird durch die Zugabe von Neon und Argon erleichtert. Dadurch wird die vom Fahrer erzeugte Spannung stark reduziert. Aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungen absorbiert das Glas des Kolbens kein Argon. Der Radius der Lampe ist etwas größer als das Optimum und beträgt 15-25 mm. Die Oxidkathode ist üblicherweise zweiwertig oder markiert( aus Pulver gesintert).Wolfram, der durch Erdalkalimetalle( Erdalkalimetalle) aktiviert wird, wird als Material verwendet.
- Niederdrucklampe -
- Hochdrucknatriumlampen -
- Dem Gasgemisch werden neben Natriumgas Quecksilberdampf und Niedervoltzündung( bis 2-4 kV) Xenon zugesetzt. Der Druck im Kolben liegt im Bereich von 4 bis 14 kPa. Es ist leicht zu bemerken, dass sich dieser Bereich gemäß der allgemeinen Klassifizierung der Entladungslampen auf einen niedrigen Druck bezieht: Bei Natriumlampen über 14 kPa steigt dieser Parameter nicht an. Der Bereich von 4 bis 14 kPa liegt im Auslass von starkem Druck.
Der maximale Wirkungsgrad liegt bei 10 kPa. Der Partialdruck von Natriumdampf beträgt ein Zehntel oder Zwanzigstel der Gesamtmenge. Andere machen Quecksilber und Xenon aus. Der Druck des letzteren( in kalter Form) beträgt 2,6 kPa. Wenn ein Gemisch aus Neon und Argon verwendet wird, um die Zündspannung zu reduzieren, wird die Lichtleistung der Natriumlampe um ein Viertel reduziert.
Im Spektrum der Natriumdampf-Hochdrucklampen ist neben den D-Linien Aktivität im blau-grünen Teil des Spektrums vorhanden. Daher ist der gegebene Farbton nicht gelb, sondern goldweiß( die Farbtemperatur im warmen Spalt beträgt 2000 K).Der Farbwiedergabeindex( Maximum bei 2500 K) kann erhöht werden, indem der Partialdruck des Natriumdampfs und der Durchmesser des Kolbens erhöht werden. Gleichzeitig wird die Lichtleistung nahezu halbiert und die Lebensdauer reduziert. Die Farbtemperatur steigt an. In Anbetracht der oben beschriebenen negativen Ergebnisse werden solche Maßnahmen selten verwendet.
Aluminiumkeramik wird als Kolbenmaterial verwendet. Normales Silikatglas ist ungeeignet, Natriumdämpfe reagieren unter erheblicher Temperatur chemisch. Die gebildeten Verbindungen sind stabil, und der Kolben verfärbt sich innerhalb weniger Minuten nach Inbetriebnahme des Produkts merklich.Änderungen sind irreversibel, unter starkem Druck besteht die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Zerstörung des Glases.
Polykristalline Keramik und ein röhrenförmiger Einkristall mit Wandstärken von 0,5 bis 1 mm sind gegenüber der Einwirkung eines aggressiven Mediums bis zu einer Temperatur von 1600 K gleichermaßen beständig, wobei ein gewisser Abstand zum optimalen Punkt besteht. Keramik erkennt eine gute Durchlässigkeit der Strahlung im sichtbaren Bereich, die 30% des Energieverbrauchs der Natriumlampe ausmacht.
Extreme Temperaturen erfordern ein spezielles Eingangsdesign. Sie werden aus Niob mit einem geringen Anteil( 1%) Zirkonium hergestellt und am Eingang des Kolbens mit speziellem Glaszement versiegelt( das den angegebenen aggressiven Bedingungen standhält).Die in der Zusammensetzung so anspruchsvolle Legierung wurde aus einem bestimmten Grund gewählt. Konstrukteure haben ein Material gefunden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient der von Keramik nahe kommt. Dadurch können Verformungen an den Fugen und Nähten vermieden werden. Die gleiche Idee wird in Metallfensterrahmen verwendet. Es ist bekannt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium den Werten von Glas nahe kommt.
Natriumlampendruck ist eine inhärente Trägheit. Bei der ersten Zündung ist das Licht gelb und monochromatisch. Nach und nach wechselt das Produkt in den Modus mit gleichzeitiger Erweiterung des emittierten Spektrums. Um den Lichtbogen erneut zu zünden, kühlt sich das Gas ab und dauert 2-3 Minuten. Um die Betriebstemperaturen nicht zu überschreiten, muss die Reflexion der Strahlung am Kolben ausgeschlossen werden. Andernfalls versagt die Natriumlampe vor Überhitzung.
