Lămpi de sodiu: proiectare, principiu de funcționare, tipuri, aplicare

Modelele primelor lumini au fost destul de primitive. Ele constau din doi electrozi, între care a ars o descărcare de arc. Au existat două neajunsuri semnificative în aceste proiecte: datorită arderii, electrozii au avut nevoie de ajustare constantă, iar spectrul de radiații a captat o porțiune semnificativă de radiații ultraviolete. Prin urmare, lămpile incandescente și mai târziu lămpile de sodiu și-au ocupat foarte repede nișele în iluminarea camerelor și străzilor.

În echitate, trebuie să spun că chiar și aceste dispozitive de iluminare concurează în continuare cu mărci de lămpi LED mai economice.

Există însă zone în care utilizarea becurilor de sodiu va fi o prioritate pentru o perioadă lungă de timp. Optimismul adaugă un flux ridicat lămpi de descărcare, durata de funcționare și indicatori de înaltă eficiență a acestor dispozitive.

Proiectarea și principiul funcționării

Acțiunea lămpii de descărcare de sodiu se bazează pe proprietatea vaporilor de sodiu, capabili să emită lumină monocromatică în spectrul galben-portocaliu. Această substanță gazoasă este închisă într-un balon special (tub) numit arzător. Deoarece vaporii de sodiu încălziți la temperaturi ridicate acționează agresiv pe suprafețele de sticlă, tubul format din substanțe mai stabile - sticlă borosilicată sau alumină policristalină (în funcție de tipul lămpii).

Pe fiecare parte a arzătorului sunt electrozi concepuți pentru a crea descărcări cu arc care încălzesc vaporii de sodiu. Acest design este adăpostit într-un balon de sticlă care se termină cu o bază filetată.

Este necesar să observăm aici că există două tipuri de astfel de dispozitive de iluminare: NLND (presiune joasă) și NLVD (presiune înaltă). Proiectul descris mai sus oferă o idee generală a construcției de lămpi cu descărcare de sodiu de ambele tipuri. Aceste lămpi diferă în ceea ce privește designul arzătoarelor și presiunea de vapori de lucru din interiorul tuburilor.

În lămpile de sodiu cu presiune joasă, valoarea sa nu depășește 0,2 Pa, iar în NLVD - aproximativ 10 kPa. În mod corespunzător, temperaturile de lucru ale vaporilor de sodiu diferă, de asemenea: 270–300 ° С pentru NLND și 650–750 ° С la arzătoarele de înaltă presiune. Din acest lucru este clar că arzătoarele NLVD au un nivel destul de ridicat de flux de lumină, adică strălucesc destul de puternic.

Nu este nimic surprinzător faptul că lămpile de sodiu de înaltă presiune au deplasat treptat corpurile de iluminat de tip NLND. Deși spectrul luminos corespunzător presiunii scăzute este mult mai plăcut pentru ochi, arzătoarele NLND au dat loc modelelor mai puternice cu emisie de lumină destul de mare.

Având în vedere această situație, ne vom concentra asupra lămpilor de tip NLVD. Designul unei astfel de surse de lumină este prezentat în figura 1. Iată o diagramă a unei lămpi tubulare DNaT.

Numerele indică:

• 1 - balon extern;
• 2 - bază nichelată;
• 3 - plăci de contact;
• 4 - tub de evacuare a gazului (arzător);
• 5 - electrozi de molibden;
• 6 - vapori de sodiu în amestec cu gaze inerte (argon sau xenon);
• 7 - amalgam de sodiu;
• 8 - intrare sigilată de niobiu;
• 9 - conductoare metalice;
• 10 - plăci de molibden;
• 11 - getters (getters).

În fig. 2 prezintă o fotografie a unei lămpi de sodiu de acest tip.

Flacoanele lămpilor de sodiu sunt cilindrice (ca în figura 2), eliptice, acoperite în interior cu un strat subțire de substanță de împrăștiere a luminii (DNaS). Pot fi înghețate (DNaMT) sau pot conține un reflector oglindă lângă arzător (DNaZ).

Principiul acțiunii.

Aprinderea arzătorului lămpii de sodiu provine de la un arc electric care apare între electrozi. În canalul descărcării electrice, se formează un flux de particule încărcate din vaporii de sodiu. Strict vorbind, în interiorul tubului de descărcare a gazului nu se află sodiu pur, ci un amestec de gaze. Pentru o mai bună aprindere cu arc, adăugați argon sau xenon sau vapori de mercur.

Corpuri de iluminat fără mercur există deja astăzi. Până în prezent, au un design mai complex, dar dezvoltarea este în desfășurare și probabil că într-o zi vor înlocui lămpile convenționale de mercur.

După ce o tensiune de impuls mare este aplicată pe catoduri, se produce aprinderea NLVD. Un timp, lampa strălucește slab. După aproximativ 7 până la 10 minute, după ce vaporii de sodiu s-au încălzit până la temperatura de funcționare, lampa trece în modul de ieșire maximă a luminii.

Principiul de funcționare este similar cu cel al lămpilor cu mercur, însă pentru a porni un corp de iluminat umplut cu vapori de sodiu, este necesar un impuls de tensiune mai mare decât să se aprindă DRL. După încălzirea arzătorului, curenții de impulsuri trebuie să fie limitați. Prin urmare, pentru acest tip de corpuri de iluminat, producătorii NLVD au dezvoltat balasturi speciale cu dispozitive de aprindere impulsuri încorporate. Fără utilizarea unui IZU, este imposibil să aprindem o lampă de sodiu conectând-o direct la rețeaua electrică.

Clasificarea lămpilor cu sodiu

După cum s-a menționat mai sus, lămpile de sodiu sunt de două tipuri: NLND și NLVD. De asemenea, pot fi clasificate în funcție de tipul de balon, de compoziția impurităților și de puterea de radiație. Deoarece presiunea de vapori de sodiu afectează în mod direct puterea de lumină a lămpii, vom trece în revistă scurt corpurile de iluminat exact în acest parametru.

Presiune joasă (NLND)

Primul a apărut NLND (presiune scăzută în arzător). Acestea oferă redarea culorilor scăzute, dar au un spectru plăcut de radiații pentru om. Au fost utilizate masiv în anii 30 ai secolului trecut. Lămpile cu presiune joasă pot fi găsite astăzi, dar sunt înlocuite cu lămpi de sodiu mai avansate, pe care le vom menține mai detaliat.

La înaltă presiune (NLVD)

Eficiența ridicată a NLVD i-a făcut lider printre alte surse de lumină cu descărcare de gaze. Eficiența luminoasă a acestor lămpi atinge 150 de lumeni / watt. Pot lucra până la 28500 de ore. Adevărat, la sfârșitul duratei de viață, puterea lor de lumină scade, iar culoarea se schimbă spre partea roșie a spectrului.

Pentru o serie de parametri, NLVD este superior calității lămpilor fluorescente care emit lumină rece și lămpi cu halogenuri de metal care consumă multă energie electrică. Printre sursele moderne de lumină electrică există puține corpuri de iluminat care pot face o lampă de sodiu demnă de concurență.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele lămpilor cu sodiu sunt următoarele:

• rentabilitatea lămpilor tubulare;
• pe termen lung de funcționare;
• stabilitatea parametrilor electrici pe întreaga durată de viață;
• nuanțe calde de radiație de sodiu (vezi Fig. 3);
• o gamă destul de largă de temperaturi la care lămpile de sodiu funcționează stabil - de la –60 până la +40 de grade Celsius.

Din păcate, există dezavantaje care limitează domeniul de aplicare al NLVD:

• frecvența enervantă a luminii intermitente;
• inerție la pornire;
• explozivitatea NLVD;
• prezența conținutului de mercur în majoritatea modelelor;
• radiațiile rezonante slăbesc în timpul funcționării;
• creșterea consumului de energie aproape de sfârșitul duratei sale de viață;
• necesitatea utilizării balasturilor pentru lămpile de conectare.

Balasturile sunt uneori o sursă de zgomot și consumă până la 60% din consumul de energie. De asemenea, necesită întreținere suplimentară.

În ciuda prezenței dezavantajelor de mai sus, în unele zone în care redarea culorii sursei de lumină nu este semnificativă, utilizarea NLVD este foarte benefică, iar în unele cazuri pur și simplu de neînlocuit.

Domeniul de aplicare

Lumina galben-portocalie a dispozitivelor de iluminare este plăcută pentru ochi, dar monocromaticitatea acesteia amortizează culorile culorilor interioare. Prin urmare, lămpile de sodiu nu sunt utilizate în spații rezidențiale ca dispozitiv principal de iluminare. Ele pot servi doar ca elemente de iluminat decorativ.

Figura 3 prezintă o fotografie cu un astfel de iluminare de fundal .:

Studiile au arătat că luminiscența galbenă tinde să influențeze în mod benefic dezvoltarea plantelor. În același timp, creșterea lor se intensifică, iar productivitatea crește. Vara, vegetația primește o astfel de iluminare de la lumina soarelui. Dar în serele în care sunt cultivate legumele iarna, clar lumina soarelui nu este suficientă. NLVD este ideal pentru aceste scopuri (vezi figura 4).

Folosirea lămpilor de sodiu pentru iluminarea serelor nu numai că crește productivitatea, ci și economisește energie.

Atenție la lumina monocromatică a lămpilor cu sodiu. Culoarea înmuiată a plantelor indică faptul că aproape toată lumina de la lămpi este cheltuită pentru producerea clorofilei.

Monochromaticitatea este foarte utilă în iluminatul stradal. O astfel de lumină nu este împrăștiată în ceață. Utilizarea luminilor stradale pentru iluminarea autostrăzii poate îmbunătăți siguranța traficului. Zonele de parc și căile cu iluminat stradal bazat pe NLVD, care au un spectru galben de lumină, cresc confortul vacanților noaptea.

Mai puțin frecvent, astfel de corpuri de iluminat sunt utilizate în spații industriale (de obicei în depozite), precum și în proiectarea semnelor și decorațiunilor publicitare.

conexiune

Deoarece este necesară o tensiune de impuls mare (uneori până la 1000 V) pentru a aprinde arzătorul, acest lucru complică cablarea lămpilor cu sodiu. Trebuie să folosim echipamente suplimentare. Balasturile pentru NLVD sunt de două tipuri: EMR (electromagnetice) și balasturi (electronice).

IZU sunt conectate în paralel cu circuitul lămpii, iar șocurile sunt conectate în serie, uneori printr-un dispozitiv cu aprindere pulsată.

Figura 6 prezintă conexiunea NLVD.

Acordați atenție modului în care sunt conectate clapeta (balastul) și IZU.

Vă rugăm să rețineți că pentru autoconectare, trebuie să respectați cerința: lungimea firului de la inductor la baza lămpii nu trebuie să depășească 100 cm.

Unii producători străini furnizează dispozitivelor de iluminat cu sodiu cu dispozitive de pornire integrate pe bec.

Considerații privind siguranța și eliminarea

Riscurile de funcționare a lămpilor de sodiu sunt asociate cu presiunea ridicată și temperatura din interiorul arzătorului. Chiar și suprafața balonului se încălzește până la 100 ° C și poate provoca arsuri dacă este manipulată cu neglijență. Există posibilitatea ca vasul să izbucnească sub influența gazelor fierbinți care scapă din arzător.

Pentru a se proteja împotriva consecințelor distrugerii, sunt fabricate lămpi în care lămpile se află în spatele sticlei groase. Atenție la design corpuri de iluminat stradal (Fig. 5).

Datorită prezenței mercurului în lămpile cu sodiu, se aplică cerințe speciale pentru eliminarea lor. Aparatele folosite nu trebuie aruncate în coșurile de gunoi. Acestea trebuie trimise către întreprinderi speciale pentru eliminare și prelucrare.

Videoclip în plus față de articol