Moderne lampade al sodio ad alta pressione
Le lampade al sodio ad alta pressione (HPL) sono una delle sorgenti luminose più efficienti e già oggi hanno un'efficienza luminosa fino a 160 lm / W con potenze di 30 - 1000 W, la loro durata può superare le 25.000 ore. Le ridotte dimensioni del corpo luce e l'elevata luminosità delle lampade al sodio ad alta pressione ampliano notevolmente le possibilità della loro applicazione in vari apparecchi di illuminazione con distribuzione della luce concentrata.
Tipicamente, le lampade al sodio ad alta pressione funzionano con un reattore induttivo o elettronico. Le lampade al sodio ad alta pressione vengono accese utilizzando speciali accenditori che emettono impulsi fino a 6 kV. Il tempo di accensione delle lampade è solitamente da 3 a 5 minuti.
I vantaggi delle moderne lampade al sodio ad alta pressione includono un calo relativamente piccolo del flusso luminoso durante la vita utile, che, ad esempio, per lampade con una potenza di 400 W è del 10-20% in 15mila ore con una combustione di 10 ore ciclo. Per le lampade funzionanti più frequentemente, la diminuzione del flusso luminoso aumenta di circa il 25% per ogni raddoppio del ciclo.Lo stesso rapporto vale per il calcolo della riduzione della vita utile.
È generalmente accettato che queste lampade vengano utilizzate dove l'economia è più importante dell'accurata riproduzione dei colori. La loro calda luce gialla è molto adatta per l'illuminazione di parchi, centri commerciali, strade e, in alcuni casi, anche per l'illuminazione architettonica decorativa (Mosca ne è un eccellente esempio). Lo sviluppo di queste sorgenti luminose nell'ultimo decennio ha portato a una notevole espansione delle possibilità del loro utilizzo grazie alla comparsa di nuovi tipi di emissione, oltre a lampade a bassa potenza e lampade con resa cromatica migliorata.
1. Lampade al sodio ad alta pressione con resa cromatica migliorata
Le lampade al sodio ad alta pressione sono attualmente il gruppo di sorgenti luminose più efficiente. Tuttavia, le lampade al sodio ad alta pressione standard presentano una serie di svantaggi, di cui, prima di tutto, è necessario notare proprietà di resa cromatica chiaramente deteriorate, caratterizzate da un basso indice di resa cromatica (Ra = 25 — 28) e da una bassa temperatura (Ttsv = 2000 — 2200 K).
Le linee di risonanza del sodio allargate provocano un'emissione giallo oro. La resa cromatica delle lampade al sodio ad alta pressione è considerata soddisfacente per l'illuminazione di esterni, ma insufficiente per l'illuminazione di interni.
Il miglioramento della resa cromatica delle lampade al sodio ad alta pressione è dovuto principalmente ad un aumento della pressione del vapore di sodio nel bruciatore all'aumentare della temperatura della zona fredda o del contenuto di sodio dell'amalgama.(amalgama - metallo liquido, semiliquido o carburo con mercurio), aumentando il diametro del tubo di scarico, introducendo additivi radianti, applicando fosfori e rivestimenti di interferenza al bulbo esterno e alimentando le lampade con corrente pulsata ad alta frequenza. La diminuzione del flusso luminoso è compensata da un aumento della pressione dello xeno (cioè una diminuzione della conduttività del plasma).
Molti specialisti stanno lavorando al problema di migliorare la composizione spettrale della radiazione delle lampade al sodio ad alta pressione e un certo numero di aziende straniere sta già producendo lampade di alta qualità con parametri cromatici migliorati.Quindi, nella nomenclatura di aziende leader come General Electric, Osram, Philips esiste un ampio gruppo di lampade al sodio con proprietà di resa cromatica migliorate.
Tali lampade con un indice di resa cromatica generale Ra = 50 — 70 hanno un'efficienza luminosa inferiore del 25% e metà della durata rispetto alle versioni standard. Vale la pena notare che i parametri principali delle lampade al sodio ad alta pressione sono piuttosto importanti per i cambiamenti nella tensione di alimentazione. Quindi, con una diminuzione della tensione di alimentazione del 5-10%, la potenza, il flusso luminoso, Ra perdono dal 5 al 30% dei loro valori nominali e quando la tensione aumenta, la durata diminuisce drasticamente.
I tentativi di trovare un analogo economico di una lampada a incandescenza hanno portato alla creazione di una nuova generazione di lampade al sodio. Più recentemente è apparsa una famiglia di lampade al sodio a bassa potenza con resa cromatica migliorata. Philips ha introdotto una serie di lampade SDW da 35-100 W con Ra = 80 e il croma di emissione è vicino a quello delle lampade a incandescenza. L'efficienza luminosa della lampada è 39 — 49 lm / W, e il sistema di lampade — zavorra 32 — 41 lm / W.Una tale lampada può essere utilizzata con successo per creare accenti luminosi decorativi in luoghi pubblici.
° La gamma di lampade OSRAM COLORSTAR DSX, insieme all'unità di controllo elettronica POWERTRONIC PT DSX, è un sistema di illuminazione completamente nuovo che consente, utilizzando la stessa lampada, di modificare la temperatura del colore. La modifica della temperatura del colore da 2600 a 3000 K e viceversa viene eseguita utilizzando un reattore elettronico con un interruttore speciale. Ciò consente di creare un interno luminoso per gli oggetti esposti nelle vetrine corrispondenti all'ora del giorno o alla stagione. Le lampade di questa serie sono ecologiche, in quanto non contengono mercurio. Il costo di un impianto di illuminazione realizzato con tali kit è 5-6 volte superiore a quello delle lampade alogene a incandescenza.
Una versione modificata del sistema COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, è stata sviluppata per l'illuminazione di esterni. Insieme ad uno speciale alimentatore, il flusso luminoso del sistema può essere ridotto al 50% del valore nominale. Anche questa serie di lampade non contiene mercurio.
Lampade al sodio alta pressione a bassa potenza
Tra le lampade al sodio ad alta pressione attualmente prodotte, la quota maggiore ricade sulle lampade con una potenza di 250 e 400 watt. A queste potenze l'efficienza delle lampade è considerata massima. Recentemente, tuttavia, si è registrato un notevole aumento dell'interesse per le lampade al sodio a basso voltaggio dovuto alla volontà di risparmiare energia elettrica sostituendo le lampade a incandescenza con lampade a scarica a basso voltaggio nell'illuminazione di interni.
La potenza minima delle lampade al sodio ad alta pressione raggiunta da società straniere è di 30-35 W.L'impianto di lampade a scarica di gas di Poltava ha dominato la produzione di lampade al sodio a bassa potenza con una potenza di 70, 100 e 150 W.
Le difficoltà nella creazione di lampade al sodio a bassa potenza sono associate al passaggio a piccole correnti e diametri dei tubi di scarica, nonché a un aumento della lunghezza relativa delle aree degli elettrodi rispetto alla distanza tra gli elettrodi, che porta a un valore molto elevato sensibilità della lampada alla modalità di alimentazione, alle deviazioni nelle dimensioni di progetto del tubo di scarico e dei tubi e alla qualità dei materiali. Pertanto, nella produzione di lampade al sodio a bassa potenza, vengono aumentati i requisiti per il rispetto delle tolleranze per le dimensioni geometriche dei gruppi di tubi di scarico, per la purezza dei materiali e l'accuratezza del dosaggio degli elementi di riempimento. Esistono già tecnologie di base per padroneggiare la produzione di massa di queste sorgenti luminose economiche e di lunga durata.
OSRAM offre anche una serie di lampade a basso consumo che non richiedono un accenditore (i bruciatori contengono una miscela Penning). Tuttavia, la loro efficienza luminosa è inferiore del 14-15% rispetto a quella delle lampade standard.
Uno dei vantaggi delle lampade che non richiedono un accenditore a impulsi è la possibilità di installarle in lampade al mercurio (in altre condizioni necessarie). Ad esempio, la lampada NAV E 110 con un flusso luminoso di 8000 lm è abbastanza intercambiabile con una lampada al mercurio del tipo DRL -125> con un flusso luminoso nominale di 6000 - 6500 lm. Sviluppi interni simili sono stati a lungo utilizzati nel nostro paese. Attualmente, LISMA OJSC, ad esempio, produce lampade DNaT 210 e DNaT 360, intese come sostitute dirette rispettivamente di DRL 250 e DRL 400.
NLVD senza mercurio
Negli ultimi anni, notevoli sforzi sono stati compiuti nel campo della protezione ambientale in molti paesi. Un'area di questi sforzi è ridurre o evitare la presenza di composti tossici di metalli pesanti (ad esempio il mercurio) nei prodotti finiti industriali. Pertanto, i termometri medici contenenti mercurio vengono gradualmente sostituiti da quelli privi di mercurio.
La stessa tendenza è diffusa nel campo delle tecnologie di produzione di sorgenti luminose. Il contenuto di mercurio in una lampada fluorescente da 40 watt è sceso da 30 mg a 3 mg. Nel caso delle lampade al sodio ad alta pressione, questo processo non procede così rapidamente, anche perché il mercurio aumenta notevolmente l'efficienza di queste sorgenti luminose, oggi riconosciute come le più economiche.
Le lampade senza mercurio esistenti e in fase di sviluppo sembrano avere un futuro brillante. La già citata serie di lampade Osram COLORSTAR DSX non contiene mercurio, che è un grande risultato dell'azienda. Queste lampade, insieme a speciali reattori elettronici, sono sistemi speciali in cui l'efficienza e la semplicità non sono la massima priorità.
La linea di lampade senza mercurio di Sylvania è famosa da tempo. Il produttore presta particolare attenzione alle migliori proprietà di resa cromatica, confrontandole con analoghi standard di propria produzione.
Non molto tempo fa è stato pubblicato lo sviluppo degli ingegneri di Matsushita Electric (Giappone), che è un NLVD privo di mercurio con un'elevata resa cromatica che non richiede uno speciale ballast a impulsi.
Al termine della vita utile di una lampada tradizionale, il colore della radiazione assume una tonalità rosata, a causa di una variazione del rapporto tra sodio e mercurio nell'amalgama.Questa tonalità non crea un'impressione particolarmente piacevole, in contrasto con il colore giallastro della lampada di prova nelle stesse condizioni. All'aumentare della temperatura del colore, Ra prima aumenta fino a un livello massimo (a T = 2500 K), quindi diminuisce.
Per ridurre la deviazione, gli sviluppatori hanno modificato la pressione dello xeno e il diametro interno del bruciatore. Si è concluso che la deviazione dalla linea del corpo nero diminuisce con l'aumentare della pressione dello xeno, ma la tensione di accensione aumenta. Alla pressione di 40 kPa la tensione di accensione è di circa 2000 V, anche tenendo conto della presenza di un circuito per facilitarla. Quando il diametro interno passa da 6 a 6,8 mm, la deviazione dalla linea nera del corpo diminuisce, ma diminuisce l'efficienza luminosa, il che è inaccettabile per il compito da svolgere.
Una lampada al sodio ad alto Ra senza mercurio ha quasi le stesse caratteristiche della sua controparte contenente mercurio. Una lampada senza mercurio ha una durata 1,3 volte superiore.
Lampade di illuminazione ad alta pressione da 150 W con un elevato indice di resa cromatica: a — senza mercurio, b — la solita versione.
Lampade al sodio alta pressione con due bruciatori
La recente comparsa di campioni seriali di lampade al sodio ad alta pressione con bruciatori collegati in parallelo da numerosi produttori leader suggerisce che questa direzione è promettente, poiché tale soluzione non solo contribuisce a un aumento significativo della durata della lampada, ma elimina anche la complessità di immediata riaccensione, amplia le possibilità di abbinamento di bruciatori di diversa potenza, composizione spettrale, ecc.
Nonostante la solida durata dichiarata, la questione della durata di queste lampade dovrebbe essere affrontata con cautela.La durata di una tale lampada è realmente raddoppiata solo se le lampade del bruciatore si accendono continuamente per tutta la vita della lampada. Altrimenti, al termine della risorsa, il bruciatore funzionante inizia spesso a bypassare parzialmente il secondo (questo fenomeno è talvolta chiamato «perdita» elettrica; in questo caso, il gas rarefatto nel bulbo esterno viene rotto dalla tensione degli impulsi di accensione ), e quindi possono sorgere difficoltà con la sua accensione.
Lampade al sodio ad alta pressione con accenditore ad alta tensione
Gli ingegneri giapponesi (Toshiba Lighting & Technology offrono una soluzione ottimale, dal loro punto di vista, per eliminare i suddetti fenomeni in una lampada con due bruciatori. Il design della lampada contiene due sonde di accensione che assicurano l'accensione di un determinato bruciatore quando vengono forniti impulsi positivi o negativi I reattori per tali lampade contengono due avvolgimenti Il circuito è abbastanza semplice ed economico Grazie a questo design, le lampade del bruciatore si accendono alternativamente L'accensione alternata dei bruciatori garantisce un minore "invecchiamento" di i bruciatori e aumenta notevolmente il lavoro complessivo Gli ingegneri della stessa azienda offrono una lampada con un accenditore incorporato che non richiede uno schema di controllo complesso.
Alcune tendenze nello sviluppo delle lampade al sodio ad alta pressione
In quali direzioni progettisti e ricercatori cercano soluzioni efficaci per le lampade al sodio ad alta pressione? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo innanzitutto affrontare gli evidenti svantaggi di queste lampade legati al comfort visivo, alla semplicità e alla necessaria sicurezza elettrica della costruzione.Tra questi, si possono distinguere diversi principali: scarse proprietà di resa cromatica, aumento della pulsazione del flusso luminoso, alta tensione di accensione e ancora di più - riaccensione.
A giudicare dalle caratteristiche delle lampade ad alta resa cromatica, gli sviluppatori sono riusciti ad avvicinarsi all'ottimale per questo gruppo di sorgenti luminose. La lotta al ripple di radiazione, che raggiunge il 70-80% nelle lampade al sodio ad alta pressione, viene solitamente effettuata con metodi comuni, come la commutazione delle lampade in diverse fasi della rete (in impianti con molte lampade) e l'erogazione di corrente ad alta frequenza . L'utilizzo di speciali reattori elettronici elimina praticamente questo problema.
I dispositivi di accensione a impulsi (IZU) attualmente utilizzati con la maggior parte dei kit NLVD - PRA complicano il funzionamento delle lampade e aumentano il costo del kit lampada - PRA. Gli impulsi di accensione IZU influiscono negativamente sul reattore e sulla lampada, ci sono guasti prematuri di questi dispositivi. Pertanto, gli sviluppatori sono alla ricerca di modi per ridurre la tensione di accensione, che consente di abbandonare l'IZU.
Il problema di fornire una riaccensione immediata viene solitamente risolto in due modi. È possibile utilizzare accenditori che emettono impulsi di ampiezza maggiore, oppure utilizzare la citata lampada a due fuochi, che non necessita di tali dispositivi.
La vita utile delle lampade al sodio è considerata la più lunga tra le sorgenti luminose ad alta intensità. Tuttavia, in quest'area i designer vogliono ottenere il meglio.È noto che la durata e la diminuzione del flusso luminoso durante il funzionamento dipendono dalla velocità con cui il sodio lascia il bruciatore. La fuoriuscita di sodio dalla scarica porta all'arricchimento della composizione dell'amalgama con mercurio e ad un aumento della tensione della lampada a (150 - 160 V) fino allo spegnimento. Molta ricerca, sviluppo e brevetti sono stati dedicati a questo problema. Tra le soluzioni di maggior successo, da segnalare il distributore di amalgama di GE, utilizzato nelle lampade seriali. Il design dell'erogatore garantisce un flusso strettamente limitato di amalgama di sodio nel tubo di scarica per tutta la durata della lampada.Di conseguenza, la durata è aumentata, l'oscuramento delle estremità del tubo è ridotto e il flusso luminoso rimane quasi costante (fino al 90% del valore originale) .
Certo, la ricerca e il miglioramento delle lampade al sodio ad alta pressione non è ancora finita, e quindi dobbiamo aspettarci nuove soluzioni, possibilmente esclusive, in una grande famiglia di queste promettenti sorgenti luminose.
Materiali utilizzati dal libro "Risparmio energetico nell'illuminazione". ed. Prof. YB Eisenberg.