Natriumlampen: ontwerp, werkingsprincipe, types, toepassing

De ontwerpen van de eerste lichten waren nogal primitief. Ze bestonden uit twee elektroden, waartussen een boogontlading brandde. Er waren twee belangrijke nadelen in deze ontwerpen: als gevolg van doorbranden hadden de elektroden een constante aanpassing nodig en het stralingsspectrum ving een aanzienlijk deel van de ultraviolette straling op. Daarom bezetten gloeilampen en later natriumlampen zeer snel hun nissen in de verlichting van kamers en straten.

Eerlijk gezegd moet ik zeggen dat zelfs deze verlichtingsapparaten nog steeds concurreren met merken van zuiniger LED-lampen.

Maar er zijn gebieden waar het gebruik van natriumlampen voor lange tijd een prioriteit zal zijn. Optimisme voegt een hoge flux toe aan ontladingslampen, gebruiksduur en hoogrenderende indicatoren van deze apparaten.

Ontwerp en werkingsprincipe

De werking van de natriumontladingslamp is gebaseerd op de eigenschap van natriumdamp, die monochromatisch helder licht kan uitzenden in het geeloranje spectrum. Deze gasvormige substantie is ingesloten in een speciale fles (buis) genaamd een brander. Omdat natriumdamp verwarmd tot een hoge temperatuur agressief werkt op glazen oppervlakken, de buis gemaakt van stabielere stoffen - borosilicaatglas of polykristallijn aluminiumoxide (afhankelijk van type lamp).

Aan elke zijde van de brander zijn elektroden ontworpen om boogontladingen te creëren die natriumdamp verwarmen. Dit ontwerp is gehuisvest in een vacuüm glazen fles eindigend met een schroefdraadbasis.

Het is goed om hier op te merken dat er twee soorten van dergelijke verlichtingsapparaten zijn: NLND (lage druk) en NLVD (hoge druk). Het hierboven beschreven ontwerp geeft een algemeen idee van de constructie van natriumontladingslampen van beide typen. Deze lampen verschillen in het ontwerp van de branders en de werkdampdruk in de buizen.

In lagedruk-natriumlampen is de waarde niet hoger dan 0,2 Pa en in NLVD - ongeveer 10 kPa. Dienovereenkomstig verschillen de werktemperaturen van natriumdampen ook: 270 - 300 ° C voor NLND en 650 - 750 ° C in hogedrukbranders. Hieruit is duidelijk dat de NLVD-branders een vrij hoge lichtstroom hebben, dat wil zeggen dat ze behoorlijk helder schijnen.

Er is niets verrassends aan het feit dat hogedruk-natriumlampen geleidelijk verlichtingsarmaturen van het NLND-type van de markt hebben verdrongen. Hoewel het lichtspectrum dat overeenkomt met lage druk aangenamer is voor het oog, hebben NLND-branders plaatsgemaakt voor krachtigere modellen met een vrij hoge lichtemissie.

Gezien deze omstandigheid zullen we ons concentreren op de lampen van het NLVD-type. Het ontwerp van een dergelijke lichtbron is weergegeven in figuur 1. Hier is een diagram van een buisvormige lamp DNaT.

De cijfers geven aan:

• 1 - externe fles;
• 2 - vernikkelde basis;
• 3 - contactplaten;
• 4 - gasontladingsbuis (brander);
• 5 - molybdeen-elektroden;
• 6 - natriumdamp gemengd met inerte gassen (argon of xenon);
• 7 - natriumamalgaam;
• 8 - verzegelde niobium-invoer;
• 9 - metalen geleiders;
• 10 - molybdeenplaten;
• 11 - getters (getters).

In fig. 2 toont een foto van een dergelijke natriumlamp.

Kolven van natriumlampen zijn cilindrisch (zoals in figuur 2), elliptisch, van binnen bekleed met een dunne laag lichtverstrooiende stof (DNaS). Ze kunnen worden gematteerd (DNaMT) of bevatten een spiegelreflector naast de brander (DNaZ).

Principe van actie.

De ontsteking van de natriumlampbrander komt van een elektrische boog die ontstaat tussen de elektroden. In het kanaal van de elektrische ontlading wordt een stroom geladen deeltjes uit natriumdamp gevormd. Strikt genomen zit in de gasontladingsbuis geen puur natrium, maar een mengsel van gassen. Voeg argon of xenon of kwikdamp toe voor een betere boogontsteking.

Er bestaan ​​vandaag al kwikvrije armaturen. Ze hebben tot nu toe een complexer ontwerp, maar de ontwikkeling is aan de gang en ze zullen waarschijnlijk ooit conventionele kwiklampen vervangen.

Nadat een hoge pulsspanning op de kathoden is aangelegd, treedt ontsteking van de NLVD op. Een tijdje schijnt de lamp vaag. Na ongeveer 7 tot 10 minuten, nadat de natriumdamp is opgewarmd tot bedrijfstemperatuur, gaat de lamp naar de maximale lichtuitvoermodus.

Het werkingsprincipe is vergelijkbaar met het gebruik van kwiklampen, maar om een ​​armatuur met natriumdamp in te schakelen, is een hogere spanningspuls vereist dan om DRL. Na het verwarmen van de brander moeten de pulsstromen worden beperkt. Daarom hebben NLVD-fabrikanten voor dit type verlichtingsarmaturen speciale voorschakelapparaten ontwikkeld met ingebouwde apparaten voor pulsontsteking. Zonder het gebruik van een IZU is het onmogelijk om een ​​natriumlamp te ontsteken door deze rechtstreeks op het elektrische netwerk aan te sluiten.

Classificatie van natriumlampen

Zoals hierboven opgemerkt, zijn natriumlampen van twee typen: NLND en NLVD. Ze kunnen ook worden geclassificeerd door het type kolf, door de samenstelling van onzuiverheden en stralingsvermogen. Omdat de dampdruk van natrium rechtstreeks de lichtopbrengst van de lamp beïnvloedt, zullen we de armaturen in deze parameter kort bespreken.

Lage druk (NLND)

De eerste verscheen NLND (lage druk in de brander). Ze bieden een lage kleurweergave, maar hebben een aangenaam stralingsspectrum voor de mens. Ze werden massaal gebruikt in de jaren 30 van de vorige eeuw. Lagedruklampen zijn tegenwoordig te vinden, maar ze worden vervangen door meer geavanceerde natriumlampen, waar we verder op in zullen gaan.

Hoge druk (NLVD)

De hoge efficiëntie van NLVD heeft hen een leider gemaakt onder andere gasontladingslichtbronnen. Het lichtrendement van dergelijke lampen bereikt 150 lumen / watt. Ze kunnen tot 28500 uur werken. Toegegeven, aan het einde van hun levensduur neemt hun lichtopbrengst af en verschuift de kleur naar de rode kant van het spectrum.

Voor een aantal parameters overtreft NLVD de kwaliteit van fluorescentielampen die een koude gloed uitstralen en metaalhalogenidelampen die veel elektriciteit verbruiken. Onder moderne elektrische lichtbronnen zijn er weinig armaturen die een natriumlamp concurrerend kunnen maken.

Voor- en nadelen

De voordelen van natriumlampen zijn als volgt:

• winstgevendheid van buisvormige lampen;
• langdurige werking;
• stabiliteit van elektrische parameters gedurende bijna de gehele levensduur;
• warme tinten natriumstraling (zie Fig. 3);
• een redelijk breed temperatuurbereik waarbij natriumlampen stabiel werken - van –60 tot +40 graden Celsius.

Helaas zijn er nadelen die de reikwijdte van NLVD beperken:

• de vervelende frequentie van flikkerend licht;
• traagheid wanneer ingeschakeld;
• explosiviteit van NLVD;
• de aanwezigheid van kwikgehalte in de meeste modellen;
• resonerende straling verzwakt tijdens bedrijf;
• toename van het stroomverbruik tegen het einde van zijn levensduur;
• de noodzaak om voorschakelapparaten te gebruiken voor het aansluiten van lampen.

Voorschakelapparaten zijn soms een bron van lawaai en verbruiken tot 60% van het stroomverbruik. Ze vereisen ook extra onderhoud.

Ondanks de aanwezigheid van de bovengenoemde nadelen, in sommige gebieden waar de kleurweergave van de lichtbron niet significant is, is het gebruik van NLVD zeer voordelig en in sommige gevallen eenvoudig onvervangbaar.

Toepassingsgebied

Het geeloranje licht van de verlichtingsapparaten is een lust voor het oog, maar de monochromiteit dempt de kleuren van de interieurkleuren. Daarom worden natriumlampen niet gebruikt in woongebouwen als het belangrijkste verlichtingsapparaat. Ze kunnen alleen als elementen van decoratieve verlichting dienen.

Afbeelding 3 toont een foto van zo'n achtergrondverlichting:

Studies hebben aangetoond dat gele luminescentie de ontwikkeling van planten gunstig beïnvloedt. Tegelijkertijd neemt hun groei toe en neemt de productiviteit toe. In de zomer ontvangt vegetatie dergelijke verlichting van zonlicht. Maar in de kassen waar groenten in de winter worden geteeld, is zonlicht duidelijk niet genoeg. NLVD is bij uitstek geschikt voor deze doeleinden (zie figuur 4).

Het gebruik van natriumlampen voor het verlichten van kassen verhoogt niet alleen de productiviteit, maar bespaart ook energie.

Let op het monochromatische licht van natriumlampen. De gedempte kleur van de planten geeft aan dat bijna al het licht van de lampen wordt besteed aan de productie van chlorofyl.

Monochromaticiteit is erg handig bij straatverlichting. Zulk licht is niet verspreid in de mist. Het gebruik van straatverlichting voor snelwegverlichting kan de verkeersveiligheid verbeteren. Parkzones en paden met straatverlichting op basis van NLVD, die een geel lichtspectrum hebben, verhogen het comfort van vakantiegangers 's nachts.

Minder vaak worden dergelijke armaturen gebruikt in industriële gebouwen (meestal in magazijnen), evenals bij het ontwerpen van reclameborden en decoraties.

verbinding

Omdat een hoge pulsspanning (soms tot 1000 V) nodig is om de brander in brand te steken, bemoeilijkt dit de bedrading van natriumlampen. We moeten extra apparatuur gebruiken. Voorschakelapparaten voor NLVD zijn van twee typen: EMR (elektromagnetisch) en voorschakelapparaten (elektronisch).

IZU zijn parallel verbonden met het lampcircuit en smoorspoelen zijn in serie geschakeld, soms via een gepulseerd ontstekingsapparaat.

Figuur 6 toont de aansluiting van de NLVD.

Let op hoe de gasklep (ballast) en IZU zijn verbonden.

Let op: voor zelfaansluiting moet u voldoen aan de vereiste: de draadlengte van de spoel naar de lampvoet mag niet meer zijn dan 100 cm.

Sommige buitenlandse fabrikanten leveren natriumverlichtingsapparatuur met geïntegreerde startapparatuur in de lamp op de markt.

Overwegingen voor veiligheid en verwijdering

Risico's bij de werking van natriumlampen hangen samen met hoge druk en temperatuur in de brander. Zelfs het oppervlak van de kolf wordt tot 100 ° C heet en kan bij onzorgvuldig gebruik brandwonden veroorzaken. Het is mogelijk dat de kolf barst onder invloed van hete gassen die uit de brander ontsnappen.

Om te beschermen tegen de gevolgen van vernieling worden lampen gemaakt waarin de lampen achter dik glas zitten. Besteed aandacht aan het ontwerp straatverlichtingsarmaturen (Fig. 5).

Vanwege de aanwezigheid van kwik in natriumlampen gelden speciale eisen voor de verwijdering ervan. Gebruikte apparaten mogen niet in de vuilnisbak worden gegooid. Ze moeten voor verwijdering en verwerking naar speciale ondernemingen worden gestuurd.

Video naast het artikel