Lampes au sodium: conception, principe de fonctionnement, types, application

Les dessins des premières lumières étaient plutôt primitifs. Ils consistaient en deux électrodes entre lesquelles brûlait une décharge en arc. Ces conceptions présentaient deux inconvénients importants: en raison de l’épuisement, les électrodes nécessitaient un réglage constant et le spectre de rayonnement capturait une partie importante du rayonnement ultraviolet. Par conséquent, les lampes à incandescence, et plus tard les lampes à sodium, ont très vite occupé leurs niches dans l’éclairage des pièces et des rues.

Pour être juste, je dois dire que même ces dispositifs d'éclairage rivalisent toujours avec les marques de lampes LED plus économiques.

Mais il y a des domaines où l'utilisation des ampoules au sodium sera une priorité pour longtemps. L’optimisme ajoute un flux important à lampes à décharge, durée de fonctionnement et indicateurs de rendement élevé de ces dispositifs.

Conception et fonctionnement

L'action de la lampe à décharge de sodium repose sur la propriété de la vapeur de sodium, capable d'émettre une lumière monochromatique dans le spectre jaune-orange. Cette substance gazeuse est enfermée dans un flacon spécial (tube) appelé brûleur. La vapeur de sodium chauffée à haute température agissant de manière agressive sur les surfaces en verre, le tube composés de substances plus stables - verre borosilicaté ou alumine polycristalline (selon type de lampe).

Des électrodes conçues pour créer des décharges d'arc chauffant les vapeurs de sodium se trouvent de chaque côté du brûleur. Cette conception est logée dans un ballon en verre sous vide se terminant par une base filetée.

Il convient de noter ici qu'il existe deux types de tels dispositifs d'éclairage: NLND (basse pression) et NLVD (haute pression). La conception décrite ci-dessus donne une idée générale de la construction des lampes à décharge de sodium des deux types. Ces lampes diffèrent par la conception des brûleurs et la pression de vapeur de travail à l'intérieur des tubes.

Sa valeur ne dépasse pas 0,2 Pa dans les lampes au sodium à basse pression et environ 10 kPa sous NLVD. De manière correspondante, les températures de travail des vapeurs de sodium diffèrent également: 270–300 ° C pour le NLND et 650–750 ° C pour les brûleurs à haute pression. Il en ressort que les brûleurs NLVD ont des niveaux de flux lumineux assez élevés, c’est-à-dire qu’ils brillent assez fort.

Rien d’étonnant à ce que les lampes au sodium à haute pression aient progressivement remplacé les appareils d’éclairage de type NLND du marché. Bien que le spectre lumineux correspondant à la basse pression soit plus agréable à l'œil, les brûleurs NLND ont cédé la place à des modèles plus puissants à émission de lumière relativement élevée.

Dans ces conditions, nous allons nous concentrer sur les lampes de type NLVD. La conception de cette source de lumière est illustrée à la figure 1. Voici un schéma d'une lampe tubulaire DNaT.

Les chiffres indiquent:

• 1 - flacon externe;
• Base 2 - nickelée;
• 3 - plaques de contact;
• 4 - tube à décharge de gaz (brûleur);
• 5 - électrodes de molybdène;
• 6 - vapeur de sodium mélangée à des gaz inertes (argon ou xénon);
• Amalgame de sodium 7;
• 8 - entrée scellée en niobium;
• 9 - conducteurs métalliques;
• 10 - plaques de molybdène;
• 11 - Getters (Getters).

Sur la fig. 2 montre une photo d'une lampe au sodium de ce type.

Les flacons de lampes au sodium sont cylindriques (comme sur la figure 2), elliptiques, recouverts à l'intérieur d'une fine couche de substance diffusant la lumière (DNaS). Ils peuvent être dépolis (DNaMT) ou contenir un réflecteur miroir à côté du brûleur (DNaZ).

Principe d'action.

L'allumage du brûleur à lampe au sodium provient d'un arc électrique apparaissant entre les électrodes. Dans le canal de la décharge électrique, un courant de particules chargées provenant de la vapeur de sodium se forme. Strictement parlant, l'intérieur du tube à décharge de gaz ne contient pas de sodium pur, mais un mélange de gaz. Pour un meilleur allumage par arc, ajouter de l'argon, du xénon ou des vapeurs de mercure.

Des luminaires sans mercure existent déjà aujourd'hui. Leur conception est jusqu'à présent plus complexe, mais leur développement est en cours et ils remplaceront probablement un jour les lampes à mercure classiques.

Après l'application d'une tension impulsionnelle élevée aux cathodes, le NLVD s'enflamme. Pendant un moment, la lampe brille faiblement. Après environ 7 à 10 minutes, une fois que la vapeur de sodium a atteint la température de fonctionnement, la lampe passe en mode de sortie de lumière maximale.

Le principe de fonctionnement est similaire au fonctionnement des lampes à mercure, mais pour allumer un luminaire rempli de vapeur de sodium, une impulsion de tension plus élevée est nécessaire que pour allumer DRL. Après avoir chauffé le brûleur, les courants d'impulsion doivent être limités. C'est pourquoi, pour ce type d'appareils d'éclairage, les fabricants NLVD ont développé des ballasts spéciaux avec des dispositifs d'allumage par impulsions intégrés. Sans l'utilisation d'un IZU, il est impossible d'allumer une lampe au sodium en la connectant directement au réseau électrique.

Classification des lampes à sodium

Comme indiqué ci-dessus, les lampes au sodium sont de deux types: NLND et NLVD. Ils peuvent également être classés en fonction du type de ballon, de la composition en impuretés et de la puissance de rayonnement. Étant donné que la pression de vapeur du sodium affecte directement le flux lumineux de la lampe, nous allons brièvement passer en revue les luminaires avec précision dans ce paramètre.

Basse pression (NLND)

Le premier est apparu NLND (basse pression dans le brûleur). Ils offrent un faible rendu des couleurs, mais ont un spectre de rayonnement agréable pour les humains. Ils ont été massivement utilisés dans les années 30 du siècle dernier. On trouve aujourd'hui des lampes à basse pression, mais elles sont remplacées par des lampes au sodium plus perfectionnées, sur lesquelles nous reviendrons plus en détail.

Haute pression (NLVD)

La haute efficacité de NLVD en fait un chef de file parmi les autres sources lumineuses à décharge. L'efficacité lumineuse de telles lampes atteint 150 lumens / watt. Ils peuvent travailler jusqu'à 28500 heures. Certes, à la fin de leur durée de vie, leur rendement lumineux diminue et la couleur se décale vers le côté rouge du spectre.

Pour de nombreux paramètres, le NLVD est supérieur à la qualité des lampes fluorescentes émettant de la lumière froide et des lampes aux halogénures métalliques qui consomment beaucoup d’électricité. Parmi les sources de lumière électriques modernes, peu de luminaires peuvent rendre une lampe au sodium digne de la concurrence.

Avantages et inconvénients

Les avantages des lampes à sodium sont les suivants:

• rentabilité des lampes tubulaires;
• fonctionnement à long terme;
• stabilité des paramètres électriques pendant presque toute la durée de vie;
• teintes chaudes de rayonnement sodique (voir fig. 3);
• une gamme assez large de températures auxquelles les lampes au sodium fonctionnent de manière stable - de -60 à +40 degrés Celsius.

Malheureusement, certains inconvénients limitent la portée de NLVD:

• la fréquence agaçante de la lumière vacillante;
• inertie lorsqu'il est allumé;
• explosivité du NLVD;
• la présence de mercure dans la plupart des modèles;
• le rayonnement de résonance faiblit pendant le fonctionnement;
• augmentation de la consommation d'énergie proche de la fin de sa vie utile;
• la nécessité d'utiliser des ballasts pour connecter les lampes.

Les ballasts sont parfois une source de bruit et consomment jusqu'à 60% de la consommation électrique. Ils nécessitent également un entretien supplémentaire.

Malgré la présence des inconvénients ci-dessus, dans certaines zones où le rendu des couleurs de la source de lumière n’est pas significatif, l’utilisation de la technologie NLVD est très bénéfique et, dans certains cas, tout simplement irremplaçable.

Domaine d'application

La lumière jaune-orange des appareils d'éclairage est agréable à regarder, mais sa monochromatique étouffe les couleurs des couleurs intérieures. Par conséquent, les lampes au sodium ne sont pas utilisées dans les locaux résidentiels comme dispositif d'éclairage principal. Ils ne peuvent servir que d'éléments d'éclairage décoratif.

La figure 3 montre une photo d'un tel rétro-éclairage.

Des études ont montré que la luminescence jaune avait une influence bénéfique sur le développement des plantes. Dans le même temps, leur croissance s’intensifie et leur productivité augmente. En été, la végétation reçoit cet éclairage du soleil. Mais dans les serres où les légumes sont cultivés en hiver, la lumière du soleil n’est clairement pas suffisante. NLVD convient parfaitement à ces fins (voir figure 4).

L'utilisation de lampes au sodium pour l'éclairage des serres augmente non seulement la productivité, mais permet également d'économiser de l'énergie.

Faites attention à la lumière monochromatique des lampes au sodium. La couleur feutrée des plantes indique que presque toute la lumière des lampes est utilisée pour la production de chlorophylle.

La monochromaticité est très utile dans l'éclairage public. Une telle lumière n'est pas dispersée dans le brouillard. L'utilisation de lampadaires pour l'éclairage des autoroutes peut améliorer la sécurité routière. Les zones de parc et les chemins avec éclairage de rue basé sur NLVD, qui ont un spectre de lumière jaune, augmentent le confort des vacanciers la nuit.

Moins souvent, de tels luminaires sont utilisés dans des locaux industriels (généralement dans des entrepôts), ainsi que dans la conception de panneaux et de décorations publicitaires.

Connexion

Etant donné qu'une tension d'impulsion élevée (parfois jusqu'à 1 000 V) est nécessaire pour allumer le brûleur, cela complique le câblage des lampes à sodium. Nous devons utiliser du matériel supplémentaire. Les ballasts pour NLVD sont de deux types: EMR (électromagnétique) et ballasts (électronique).

Les IZU sont connectés en parallèle au circuit de la lampe et les selfs sont connectés en série, parfois via un dispositif d'allumage par impulsions.

La figure 6 montre la connexion du NLVD.

Faites attention à la manière dont le papillon (ballast) et l'IZU sont connectés.

Veuillez noter que pour une connexion automatique, vous devez vous conformer à l'exigence suivante: la longueur du fil de l'inducteur à la base de la lampe ne doit pas dépasser 100 cm.

Certains fabricants étrangers fournissent des dispositifs d'éclairage au sodium avec des dispositifs de démarrage intégrés dans l'ampoule.

Considérations relatives à la sécurité et à l'élimination

Les risques liés au fonctionnement des lampes au sodium sont liés à une pression et une température élevées à l'intérieur du brûleur. Même la surface du ballon chauffe jusqu'à 100 ° C et peut causer des brûlures si elle est manipulée sans précaution. Il est possible que le ballon éclate sous l'influence des gaz chauds s'échappant du brûleur.

Afin de se protéger contre les conséquences de la destruction, des lampes sont fabriquées dans lesquelles les lampes sont derrière un verre épais. Faites attention à la conception appareils d'éclairage de rue (fig. 5).

En raison de la présence de mercure dans les lampes à sodium, des exigences particulières s'appliquent à leur élimination. Les appareils usagés ne doivent pas être jetés dans les poubelles. Ils doivent être envoyés à des entreprises spéciales pour élimination et traitement.

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