Lampes au sodium - dispositifs d'éclairage utilisant des paires de métaux comme substance active. Contrairement aux deux autres classes de périphériques bit. Par exemple, les lampes à mercure utilisent la décharge dans les gaz, émettent une famille d'appareils d'éclairage, où les composés métalliques deviennent la substance de travail.
Principales caractéristiques des lampes à décharge au sodium
On pense que les ampoules au sodium ont le meilleur rendement lumineux, ce qui implique une efficacité impressionnante. Les produits se caractérisent entre autres par une longue durée de vie. Pendant le fonctionnement, le flux lumineux diminue légèrement. Les paramètres de fonctionnement( lampes à haute pression) dépendent peu de la température ambiante( la surchauffe est exclue par une conception correctement mise en œuvre).Les ampoules au sodium sont en demande pour l'éclairage des rues. Il existe de sérieux inconvénients:
- Rendu des couleurs pas trop fiable( valeurs de coefficient - 25).Cela a longtemps été considéré comme la principale limite à l’utilisation des lampes à décharge dans la vie quotidienne. Extrêmement mauvais à la recherche avec un éclairage similaire peau humaine.
- La décharge dans la vapeur de sodium est inhérente aux pulsations profondes, ce qui entraîne une fatigue visuelle rapide. L'effet de scintillement est nocif pour le système nerveux et plusieurs aspects de la santé humaine. Le phénomène mentionné s'explique par l'inertie complète de l'arc dans la vapeur de sodium - la luminescence suit la loi de la tension appliquée( dans un réseau, généralement une sinusoïde à 50 Hz).
- À mesure que l'utilisation de la ressource vitale est consommée, la consommation d'énergie de la lampe au sodium augmente progressivement et augmente de 40% par rapport à l'original.
- Le réducteur de démarrage pour le sodium est encombrant( prend beaucoup de place) et se caractérise par des pertes importantes( jusqu'à 60% de l'énergie totale consommée).
- La présence d'un starter de départ prédéfinit un coefficient de transmission de puissance faible( jusqu'à 0,35).Cela nécessite un bloc solide de condensateurs de compensation pour éliminer la partie réactive.
Dispositif d'éclairage
Ce qui précède explique l'utilisation des ampoules au sodium, principalement pour l'éclairage de nuit, en particulier des objets non résidentiels: magasins, entrepôts, gares. En outre - pour les stockages, les autoroutes, les structures architecturales. La lumière jaune d’une lampe au sodium à basse pression permet à une personne de distinguer les pièces avec une intensité de rayonnement relativement faible, traverse de manière excellente le brouillard par mauvais temps. La spécificité spécifiée permet de créer, à partir des dispositifs décrits, diverses installations de signalisation.
Certains des inconvénients ci-dessus peuvent être éliminés en utilisant des ballasts électroniques. Cela réduit la consommation d'énergie, du fait de l'absence de starter de démarrage, le facteur de puissance atteint 0,95.Bien entendu, la masse du ballast électronique est faible. Ceci est connu d'une personne connaissant les avantages des lampes à LED et à décharge avec le fil Edison E27.Toute l'électronique ici s'inscrit dans le sous-sol.
La durée de vie des lampes au sodium à haute pression varie entre 12 000 et 28 000 heures. Ceci est une valeur compétitive, en termes de jours de travail est de 4 à 9,5 ans. Progressivement, la chute de tension dans les lampes augmente de 1 à 5 V par an. Ce qui devient une cause d'échec provoquant.
Le ballon à bulbe basse pression est généralement cylindrique. Pour les produits à haute pression, il est parfois champignon avec un réflecteur interne ou ellipsoïdal. Dans ce dernier cas, les spectres d’émission sont gradués en puissance: pour ses valeurs moyennes, la pression dans le ballon est maximale, ce qui explique la division ci-dessus. Les caractéristiques spectrales sont affectées par la tension du secteur( si le ballast électronique n'est pas utilisé).La durée de vie et l'amplitude sont critiques: une augmentation ou diminution de la tension de seulement 5% entraîne un vieillissement important du produit.
Pour les consommateurs ordinaires, les lampes à rendu de couleur amélioré présentent un intérêt. Le rapport produit correspondant atteint 83, ce qui est reconnu comme un excellent indicateur. Par exemple, pour les ampoules à LED, les valeurs typiques sont 70 ou plus. Ces derniers sont massivement utilisés dans la vie quotidienne, on en trouvera peu qui souhaitent se plaindre de tels paramètres. Et compte tenu de l'efficacité des ampoules au sodium, nous pensons que ces appareils deviendront un concurrent de choix pour d'autres familles d'appareils d'éclairage.
Fonctionnement des lampes
Le principe de fonctionnement des lampes à sodium
Dans un ballon scellé, des conditions sont créées pour l'évaporation du sodium. Pour obtenir de la lumière, on utilise des lignes D à 589 et 589,6 nm. Les lampes au sodium sont à haute et basse pression. Selon la classification généralement acceptée, il est respectivement compris entre 30 000 et 1 million de Pa et entre 0,1 et 10 000 Pa. Une telle situation est apparue à la suite de longues recherches sur les spécificités de la décharge.
Il a été établi que le flux lumineux maximal est observé à des pressions de 0,2 et 10 000 Pa. Les premières lampes à sodium, créées en 1931 par Marcello Pirani, fonctionnent sur le premier extremum de la fonction dans l'intervalle spécifié à une densité de courant de 0,1 à 0,5 A par centimètre carré.Les conditions les plus favorables pour l’émission de lumière sont obtenues à des températures de la phase liquide comprises entre 270 et 300 degrés Celsius( la température de la base est au moins deux fois plus basse).Les lampes fonctionnant à une pression de 0,2 Pa, plus efficace.
Le second extremum est atteint en chauffant davantage la vapeur.À des températures de 650 à 750 degrés Celsius. Les lampes au sodium à haute pression n'ont pas pu être créées pendant une longue période. La difficulté était le manque d'un matériau approprié pour le ballon. Seules les céramiques en aluminium ont réussi à résister aux assauts d’un environnement agressif à des températures supérieures à 1000 degrés( 1300 - 1400 degrés Celsius).Les matériaux artificiels ont beaucoup donné à l'humanité, ce qui a été indirectement mentionné dans la revue sur les circuits électriques. Lampes
au sodium basse pression
Les lampes basse pression sont extrêmement efficaces. Les longueurs d’onde ci-dessus deviennent dominantes, mais loin d’être les seules dans le spectre d’émission. Dans les lampes à basse pression, la plupart des lignes se situent dans la région de la sensibilité de l'œil. Cela signifie que la lumière est aussi brillante que possible. En d'autres termes, les lampes à basse pression ont une efficacité attrayante.
Dans les modèles de laboratoire, l'efficacité atteint 50-60%.En conséquence, le flux lumineux atteint 400 lm / W( la limite théorique pour le niveau technologique actuel est de 500 lm / W).
Pour comparaison. L'ampoule LED EKF 9W( analogue d'un filament de 75 W) donne un flux de 830 lm. Le chiffre est considéré comme un bon indicateur d'économie d'énergie. Bien que l’efficacité lumineuse, il n’est pas difficile à deviner, n’est «que» de 92 lm / W.L’efficacité des lampes au sodium à basse pression, inventée il y a bien longtemps, en 1931, apparaît clairement.
En pratique, il faut faire des sacrifices( les ampoules Philips restent bonnes et permettent d'atteindre une efficacité lumineuse de 133-178 lm / W).La température du ballon atteint les 270-300 degrés Celsius requis en raison de mesures spéciales d'isolation thermique( si le rayon du ballon dépasse le maximum d'efficacité) et d'une certaine augmentation du courant de fonctionnement à l'optimum. En conséquence, l'efficacité des produits réels mis en vente en masse n'atteint pas les limites susmentionnées. Mais il reste élevé, de sorte que les ampoules à sodium sont dites éconergétiques.
L'isolation thermique est parfois complétée par d'autres mesures. La gaine réfléchissante en matériaux semi-conducteurs transmet le rayonnement jaune utile, mais réfléchit l’infrarouge à l’intérieur. La température à l'intérieur augmente encore. Mais la conception de la lampe au sodium est plus compliquée.
Le tir à l'arc est facilité par l'ajout de néon et d'argon. Cela réduit considérablement la tension développée par le conducteur. En raison de la présence d'impuretés, le verre du ballon n'absorbe pas l'argon. Le rayon de la lampe est légèrement supérieur à l'optimum et se situe entre 15 et 25 mm. La cathode en oxyde est généralement bifilaire ou marquée( frittée à partir de poudre).Le tungstène activé par des métaux alcalins( alcalino-terreux) est utilisé comme matériau.
. Lampe basse pression.
. Lampes au sodium haute pression.
. En plus du gaz sodium, des vapeurs de mercure et une tension réduisant le xénon( jusqu'à 2-4 kV) sont ajoutées au mélange gazeux. La pression dans le ballon est comprise entre 4 et 14 kPa. Il est facile de remarquer que, selon la classification générale des lampes à décharge, cette plage fait référence à la basse pression. La plage de 4 à 14 kPa est placée dans le refoulement de fortes pressions.
L'efficacité maximale est d'environ 10 kPa. La pression partielle de vapeur de sodium représente un dixième ou un vingtième du total. D'autres représentent le mercure et le xénon. La pression de ce dernier( sous forme froide) est de 2,6 kPa. Si un mélange de néon et d'argon est utilisé pour réduire la tension d'allumage, le rendement lumineux de la lampe au sodium est réduit d'un quart.
Dans le spectre des lampes au sodium à haute pression, en plus des lignes D, il existe une activité dans la partie bleu-vert du spectre. En raison de quoi, la nuance donnée n'est pas jaune, mais blanc doré( la température de couleur dans l'intervalle chaud est de 2000 K).L'indice de rendu des couleurs( maximum à 2500 K) peut être augmenté en augmentant la pression partielle de vapeur de sodium et le diamètre du ballon. Dans le même temps, le flux lumineux est presque divisé par deux et la durée de vie est réduite. Il y a une augmentation de la température de couleur. Compte tenu des résultats négatifs décrits ci-dessus, de telles mesures sont rarement utilisées.
La céramique en aluminium est utilisée comme matériau de bulbe. Le verre de silicate normal ne convient pas, les vapeurs de sodium subissent une réaction chimique sous l’influence d’une température considérable. Les composés formés sont stables et le flacon noircit sensiblement quelques minutes après le début de l'opération du produit. Les changements sont irréversibles, sous l'action d'une forte pression, il y a une probabilité de destruction complète du verre.
Les céramiques polycristallines et un monocristal tubulaire d'une épaisseur de paroi de 0,5 à 1 mm résistent également à l'action d'un milieu agressif jusqu'à une température de 1600 K, avec une certaine marge par rapport au point optimal. La céramique détecte une transmittance décente du rayonnement dans le visible, qui occupe 30% de l’énergie consommée par la lampe à sodium.
Les températures extrêmes nécessitent une conception d'entrée spéciale. Fabriqués à partir de niobium avec un faible mélange( 1%) de zirconium, ils sont scellés à l'entrée du ballon avec du ciment de verre spécial( capable de résister aux conditions agressives spécifiées).L'alliage, de composition si sophistiquée, a été choisi pour une raison. Les concepteurs ont trouvé un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui de la céramique. En conséquence, il est possible d'éviter les déformations au niveau des joints et des coutures. La même idée est utilisée dans les cadres de fenêtre en métal. On sait que le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium est proche des valeurs du verre.
La pression de la lampe au sodium est une inertie inhérente. Au premier allumage, le feu est jaune et monochromatique. Progressivement, le produit entre en mode avec une expansion simultanée du spectre émis. Pour rallumer l'arc, le gaz se refroidit en 2 à 3 minutes. Afin de ne pas dépasser les températures de fonctionnement, il est nécessaire d’exclure la réflexion du rayonnement sur le ballon. Sinon, la lampe au sodium ne surchauffe pas.
