Металлогалогенная лампа что это такое – Металлогалогенные лампы — устройство, подключение, преимущества и недостатки

Содержание

их особенности и отличие от обычных ламп

Общие сведения.

Галогенные лампы представляют собой разновидность обыкновенных ламп накаливания, с одним существенным различием – если в обычных лампах основополагающим является высокая степень вакуума, то в галогенные вводится некоторое количество газа – паров брома или йода. В чем суть такого изменения? Принцип действия лампы накаливания заключается в нагреве вольфрамовой спирали электрическим током. В течении срока службы часть металла с поверхности спирали испаряется, что приводит к уменьшению толщины нити на некоторых участках и, как следствие, к увеличению сопротивления этих участков. Повышенное сопротивление приводит к увеличению температуры и, опять-таки, к повышению испарения. Данный процесс носит лавинообразный характер, что, в конечном итоге, приводит к перегоранию спирали. Кроме того, испарившийся металл оседает на внутренней поверхности колбы, вызывая ее потемнение и снижение светопропускной способности. Введение паров галогенов позволяет организовать, так называемый, галогенный цикл. В его основе лежит химическая реакция взаимодействия паров галогенов с испарившимся металлом. Данное соединение не устойчиво и при воздействии высокой температуры спирали разлагается на металл и галоген. Особенность такой реакции в том, что разложение происходит возле наиболее нагретых участков спирали, то есть там, где наименьшая толщина. Использование галогенного цикла позволяет значительно увеличить срок службы, повысить температуру спирали, что приводит к увеличению качества светового потока. Галогенные лампы имеют меньшие размеры по сравнению с лампами накаливания.

Особенности эксплуатации.

Поверхность колбы галогенной лампы имеет высокую температуру и выполняется из специального кварцевого стекла. В процессе эксплуатации не допускается касание поверхности стекла руками. Малейшие следы жира при высокой температуре сгорают, оставляя на поверхности почернение, что приводит к местному перегреву загрязненных участков и выходу галогенной лампы из строя. Для предотвращения этого, стеклянную колбу после установки требуется промыть спиртом, используя ткань, не оставляющую на поверхности частички ворса.

Высокая температура также ужесточает требования по пожарной безопасности.
Включение галогенных ламп совместно с диммером для регулировки яркости приводит к понижению их температуры. Это производит к нарушению работы галогенного цикла и осаждению металла на внутренней поверхности. Чтобы этого избежать, необходимо периодически включать лампу на полный накал в течении нескольких десятков минут.
Высокая светоотдача и небольшие габариты галогенных ламп позволяют их с успехом применять в автомобильных фарах.

Галогенные лампы на низкое напряжение.

Лампы выпускаются на различное напряжение питания. Использование низковольтных ламп (обычно 12 В) в качестве освещения, требует использования понижающих трансформаторов. Трансформатор для галогенных ламп может быть выполнен как традиционно, на металлическом сердечнике (электромагнитный трансформатор), так и с помощью радиоэлектронных элементов (электронный трансформатор). При выполнении требований по максимальной мощности электромагнитные трансформаторы имеют очень высокую надежность, но, вместе с тем, высокую массу, которая растет с увеличением мощности. От этого недостатка свободны электронные трансформаторы. Однако в случае некачественного выполнения они могут служить сильными источниками радиопомех. В любом случае трансформатор для галогенных ламп должен иметь некоторый запас по мощности.

Металлогалогенные лампы.

Совершенно иной принцип работы у металлогалогенных ламп. В этих лампах источником света является электрический разряд в среде газа. Металлогалогенные лампы (МГЛ) являются дальнейшим этапом развития газоразрядных ламп высокого давления. Они известны под названием ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная). Основой работы этих ламп является электрический разряд в парах ртути и инертного газа. Поскольку такой разряд дает в основном ультрафиолетовое излучение, внутренняя поверхность колбы покрыта слое люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Используя различный состав покрытия, можно получать различные оттенки свечения.


Введение добавок в виде соединений различных металлов с галогенами, позволяет менять цветовые характеристики МГЛ не используя люминофоры. Также введение соединений галогенов позволяет практически полностью избавиться от такого недостатка ДРЛ, как затрудненное зажигание только что выключенной лампы, поскольку высокое давление нагретых паров ртути не дает возможности для возникновения разряда.
Как происходит розжиг МГЛ можно посмотреть на этом видео.

Конструкция МГЛ.

Основным отличием большинства типов металлогалогенных ламп от других типов является наличие двух стеклянных колб. Внешняя колба позволяет уменьшить зависимость от температуры окружающей среды, что важно для стабильности световых параметров МГЛ.

Особенности эксплуатации.

Поскольку холодные МГЛ содержат ртуть, то к ним предъявляются специфические требования по расположению в пространстве. Выпускаются МГЛ, предназначенные как для установки в вертикальном, так и горизонтальном положениях.
При несоблюдении указанных требованиях не гарантируется нормальная работоспособность МГЛ. Лампы, выполненные с двумя цоколями, широко применяются в прожекторах и допускают только горизонтальную установку. Некоторые разновидности МГЛ можно устанавливать в различных положениях.

Подключение МГЛ.

Особенности работы металлогалогенных ламп требуют применения специфической аппаратуры. Возникновение электрического разряда требует повышенного напряжения и, в тоже время, физика разряда в газовой среде имеют большую зависимость величины протекающего тока от питающего напряжения, что вынуждает использовать токоограничительные элементы. Аппаратура запуска и ограничения тока называется пуско-регулирующей аппаратурой – ПРА. Существуют как трансформаторные ПРА, основанные на электромагнитных трансформаторах с повышенным магнитным рассеиванием, так и электронные. Последние имеют значительно меньшие габариты и массу. Электронные блоки управления лампами должны строго соответствовать типу применяемых ламп.

Информация по МГЛ хорошо освещена на видео:

Области применения.

Повышенная светоотдача, эффективность и малые габариты позволяют применять металлогалогенные лампы в различной осветительной аппаратуре. В основной массе осветительных прожекторов применяются именно МГЛ.

Широко распространенные в настоящее время автомобильные ксеноновые фары также относятся к МГЛ. Наличие ксенона служит, в основном, для первоначального возникновения разряда. Далее, в процессе работы, разряд происходит в парах ртути и галогенов.

МГЛ довольно часто неправильно называются металлогалогеновыми. Такое название не соответствует языковым нормам. Также неправильным является название «металлогалоидные». Такое название иногда употребляется в результате прочтения англоязычного названия «metal halide lamp».

Металлогалогенная лампа — Википедия. Что такое Металлогалогенная лампа

Металлогалоге́нная ла́мпа (МГЛ) — один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. Отличается от других ГРЛ тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

Терминология

До середины 1970-х гг. в отечественной светотехнике применялся термин «металлогалоидная лампа», что было обусловлено наименованием химических элементов VII группы периодической системы — «галоиды». В химической номенклатуре было признано неправильным использование этого термина, поскольку «галоид» в буквальном переводе с греческого — «солеподобный», и в повсеместное употребление вошло слово «галоген» — буквально «солерод», указывающее на высокую химическую активность этих веществ и образование в реакциях с ними солей металлов. Поэтому в настоящее время применяется русскоязычный термин «металлогалогенная лампа», включённый в состав русской редакции Международного светотехнического словаря МКО. Использование словесных ка́лек с английского термина «metal halide lamp» («металлогалоидная», «металлогалидная») является недопустимым.

Применение

МГЛ — компактный, мощный и эффективный источник света (ИС), находящий широкое применение в осветительных и светосигнальных приборах различного назначения. Основные области применения: киносъёмочное освещение, утилитарное, декоративное и архитектурное наружное освещение, автомобильные фары[1] (так называемые «ксеноновые» лампы для автомобильных фар на самом деле являются именно металлогалогенными), осветительные установки (ОУ) промышленных и общественных зданий, сценическое и студийное освещение, ОУ для освещения больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры и т. п.), освещение спортивных объектов и др. В ОУ технологического назначения МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Компактность светящегося тела МГЛ делает их весьма удобным ИС для световых приборов прожекторного типа с катоптрической и катадиоптрической оптикой.

Принцип действия

Светящимся телом МГЛ является плазма дугового электрического разряда высокого давления. В этом МГЛ схожа с другими типами РЛ. Основным элементом наполнения разрядной трубки (РТ) МГЛ является инертный газ (как правило, аргон Ar) и ртуть Hg. Помимо них в газовой среде наполнения присутствуют галогениды некоторых металлов (ИД), обычно иодид натрия и иодид скандия[2]. В холодном состоянии ИД в виде тонкой плёнки конденсируются на стенках РТ. При высокой температуре дугового разряда происходит испарение этих соединений, диффузия паров в область столба дугового разряда и разложение на ионы. В результате ионизированные атомы металлов возбуждаются и создают оптическое излучение (ОИ).

Основной функцией инертного газа, наполняющего РТ МГЛ, как и в других ртутных РЛ, является буферная, иными словами, газ способствует протеканию электрического тока через РТ при низкой её температуре, то есть в то время, когда большая часть ртути и, тем более, ИД, находятся ещё в жидкой или твёрдой фазе, и парциальное давление их весьма мало. По мере прогрева РТ током происходит испарение ртути и ИД, в связи с этим существенно изменяются как электрические, так и световые параметры лампы — электрическое сопротивление РТ, световой поток и спектр излучения.

Выбор ИД производится таким образом, чтобы заполнить имеющиеся в спектре излучения ртути «провалы» с целью получения необходимого спектра лампы. Так, в МГЛ, используемых для целей общего и местного освещения, необходимо компенсировать недостаток красного и жёлтого света в спектре ртути. В цветных МГЛ необходимо повысить выход излучения в заданном узком спектральном диапазоне. Для МГЛ, используемых в фотохимических или фотофизических процессах, как правило, необходимо повысить интенсивность излучения в ближней ультрафиолетовой области (УФ-A) и непосредственно примыкающей к ней области видимого ОИ (фиолетовой). Сам принцип действия МГЛ был предложен в 1911 г. Ч. Штейнмецом, хотя, проводя исторические аналогии, можно увидеть аналогию и в устройстве «ауэровских колпачков», применявшихся для повышения световой отдачи керосиновых и газовых источников света (ИС).

Как и другие виды РЛ, МГЛ нуждаются в применении специальных устройств для инициирования разряда. В качестве них применяют либо вспомогательные (зажигающие) электроды, в общем аналогичные по конструкции электродам ламп ДРЛ, либо предварительный подогрев одного из электродов до температуры термоэлектронной эмиссии, либо внешние импульсные зажигающие устройства (ИЗУ). Согласование параметров (вольтамперных характеристик, ВАХ) источника электропитания и лампы производится с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА), в обиходе называемого балластом.

Как правило, в качестве ПРА используется дроссель, иногда — повышающий трансформатор с повышенным магнитным рассеянием, обеспечивающим падающий характер его внешней ВАХ. В последнем случае зажигание разряда в МГЛ происходит под воздействием высокого напряжения холостого хода трансформатора без использования каких-либо иных зажигающих устройств. Возможность широкого варьирования спектральных и электрических характеристик МГЛ, широкий диапазон мощностей и высокая световая отдача способствуют всё более широкому распространению их в различных осветительных установках. МГЛ является одним из наиболее перспективных заменителей ламп ДРЛ, а за счёт более благоприятного для восприятия человеком спектра излучения — и натриевых РЛВД (НЛВД).

Конструкция

Основой МГЛ является РТ (горелка), обычно изготавливаемая из кварцевого стекла. В последние годы всё более широкое распространение получают МГЛ с РТ из специальной керамики. Преимуществом керамических горелок является их более высокая термостойкость.

В большинстве конструкций МГЛ горелка помещается во внешнюю колбу, играющую двоякую роль. Во-первых, внешняя колба обеспечивает нормальный тепловой режим РТ, уменьшая её теплопотери. Во-вторых, стекло колбы выполняет функции светофильтра, сильно обрезающего жёсткое УФ излучение горелки. Для изготовления внешних колб МГЛ используется боросиликатное стекло, механически и термически устойчивое, относящееся по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) к группе вольфрамовых стёкол.

МГЛ, предназначенные для использования в технологических процессах, как правило, внешней колбы не имеют, что обусловлено необходимостью эффективного использования их УФ излучения. С целью уменьшения озонообразования иногда для таких МГЛ используют безозонное кварцевое стекло, значительно ослабляющее выход резонансной линии ртути 185 нм.

МГЛ могут изготавливаться в одно- и двухцокольном (софитном) исполнении (последние предназначены для работы только в горизонтальном положении). Номенклатура используемых цоколей чрезвычайно широка и постоянно расширяется в связи с разработкой новых моделей ламп, предназначенных для специфических условий применения. Некоторые модели ламп, в основном, предназначенные для замены ламп типа ДРЛ, имеют на внутренней стороне внешней колбы слой люминофора.

Для облегчения зажигания МГЛ в некоторых конструкциях РТ предусматривается установка одного или двух вспомогательных (зажигающих) электродов — аналогично конструкции ламп типа ДРЛ. Однако использование такого метода в МГЛ затруднено по ряду причин, обусловленным особенностями химического состава наполнения РТ. Как правило, в МГЛ, оснащённых зажигающим электродом, питание последнего отключается с помощью термоконтакта после зажигания в горелке основного разряда и её прогрева. Более широко применяется зажигание МГЛ с помощью ИЗУ.

Схемы включения в электрическую сеть

Metal halide warming up.JPG ПРА компании Helvar Metal halide warming up.JPG Электронные ПРА компании Helvar

Резкая зависимость тока МГЛ от напряжения на ней требует включения последовательно с лампой токоограничивающего элемента (ПРА). Большинство МГЛ предназначены для работы с серийными ПРА ламп ДРЛ соответствующей мощности (при отсутствии в колбе лампы специальных зажигающих устройств в таких схемах требуется установка ИЗУ). Существуют МГЛ для работы с ПРА как ДРЛ, так и ДНаТ. Также имеются ПРА специальных конструкций с повышающими автотрансформаторами или трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием или со встроенным ИЗУ, совмещающие функции ограничения тока и стартового поджига лампы.

Процесс прогрева и выхода МГЛ в рабочий режим сопровождается значительными изменениями тока лампы и напряжения на ней, причём к конструкции ПРА и ИЗУ предъявляются особые требования, существенно отличающиеся[источник не указан 2808 дней] от требований к ПРА для ДРЛ и натриевых ламп высокого давления. Испарение ИД в процессе прогрева МГЛ делает вероятным погасание лампы из-за недостаточно высокого напряжения на ней.

Крайне опасным для МГЛ является акустический резонанс (АР), возникающий при питании лампы переменным током некоторой частоты (в акустическом диапазоне). Причина возникновения АР заключается в том, что при изменении направления протекания тока, дуга гаснет и, при нарастании напряжения, загорается вновь. При этом, из-за резкого изменения давления в области разряда, возникает акустическая волна, которая отражается от стенок горелки. При некотором значении частоты, возникает явление резонанса. Частота АР зависит от геометрических размеров горелки лампы и скорости звука в ней (то есть от давления в данный момент). Последствиями акустического резонанса являются нестабильность горения лампы, самопроизвольное погасание и, в худшем случае, физическое разрушение горелки. Это явление затрудняет проектирование высокочастотных электронных ПРА для МГЛ. В качестве одного из методов борьбы с АР используется модуляция частоты случайным сигналом. Для ламп малой мощности успешно применяется питание выпрямленным (пульсирующим) током.

Кратковременные перебои в электроснабжении вызывают погасание МГЛ. К такому же исходу может привести сильная вибрация, особенно опасная для ламп с длинной дугой, работающих в горизонтальном положении. Для повторного зажигания МГЛ должна остыть, чтобы давление паров в ней, и, соответственно, напряжение пробоя РТ, снизились. Для освещения особо ответственных объектов, где перебои недопустимы, применяются ПРА быстрого перезажигания. В них зажигание горячей МГЛ достигается за счёт подачи более мощных зажигающих импульсов с амплитудой до 30 — 60 кВ. Такой режим существенно ускоряет разрушение электродов ламп, к тому же требует применения более мощной изоляции токоведущих частей, а потому используется редко.

Цветовая температура горения

Первоначально МГЛ использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего света). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый дневной свет, имеющий индекс цветопередачи более 90.

МГЛ способны излучать свет с цветовой температурой в диапазоне от 2500 К (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.

Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подаваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего света, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать ИД, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба лампы еще не достигла рабочей температуры и ИД ионизировались не полностью.

Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.

Типы и их обозначения

Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 — 20 кВт. Наиболее массовыми являются лампы, используемые в ОУ наружного освещения (одноцокольные 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт и софитные 70 и 150 Вт).

Одноцокольные лампы обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.

Конвекционные потоки металлогалогенидов в плазме дуги МГЛ зависят от направления силы тяжести и существенно влияют на распределение потока энергии, выходящей из горелки МГЛ. [3][4] Поэтому металлогалогеновые лампы чувствительны к тому положению, в котором они установлены. Лампы рассчитаны только на работу в определенной ориентации. Однако лампы, помеченные маркировкой «universal», могут работать в любом положении, хотя при работе их не в вертикальном положении продолжительность срока службы и интенсивность излучаемого света будут снижаться. Для получения наилучших характеристик при эксплуатации лампы в том случае, если её ориентация известна заранее, необходимо выбирать не универсальную, а соответствующую данной позиции лампу.

Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять отпаечный носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.

Metal halide warming up.JPG МГЛ компании Osram

В системе ANSI обозначение МГЛ начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп — литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, её форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и её цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Лампы европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.

Другим обозначением, часто встречающимся при выборе МГЛ, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы OSRAM и обозначает особый тип ламп, производимый данной фирмой. Но со временем этой аббревиатурой стали называть МГЛ любого производителя, в том числе и с двухсторонним цоколем. Европейские МГЛ не соответствуют в точности стандартам ANSI и работают при других значениях тока и напряжения. В большинстве случаев прямой европейский аналог лампы для стандарта ANSI не может работать с американским ПРА, таким образом, для работы с данным типом ламп необходимо выбрать соответствующий ей балласт, обозначенный маркировкой HQI. Например, ПРА M80 и M81 также имеют обозначение HQI, и применяются с лампами мощностью 150 и 250 Вт соответственно.

Колбы

Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17/8 или 21/8 дюйма.

Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) — бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) — эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) — эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) — параболическая, R (Reflector) — рефлекторная, T (Tubular) — трубчатая.

Примечания

  1. ↑ Ксеноновая дуговая лампа#Применение
  2. Flesch, Peter. Light and light sources: high-intensity discharge lamps. — Springer, 2006. — P. 45–46.
  3. Бородин В. И., Луизова Л.А., Хахаев А.Д., Трухачева В.А. Исследование временных и пространственных распределений параметров многокомпонентной плазмы закрытой дуги высокого давления.. — Петрозаводск: Межвуз. Сб. Оптика неоднородных сред., 1981. — С. 117-141.
  4. Бородин В. И. Конвекция в ртутных дуговых разрядах с легкоионизуемыми примесями.. — Москва: Теплофизика высоких температур., 1982. — Т. 20, вып. 3. — С. 443-446.

Металлогалогенная лампа — это… Что такое Металлогалогенная лампа?

Лампа ДРИ 250

Металлогалоге́нная ла́мпа (МГЛ) — один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. Отличается от других ГРЛ тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

Терминология

До середины 1970-х гг. в отечественной светотехнике применялся термин «металлогалоидная лампа», что было обусловлено наименованием химических элементов VII группы периодической системы — «галоиды». В химической номенклатуре было признано неправильным использование этого термина, поскольку «галоид» в буквальном переводе с греческого — «солеподобный», и в повсеместное употребление вошло слово «галоген» — буквально «солерод», указывающее на высокую химическую активность этих веществ и образование в реакциях с ними солей металлов. Поэтому в настоящее время применяется русскоязычный термин «металлогалогенная лампа», включённый в состав русской редакции Международного светотехнического словаря МКО. Использование словесных ка́лек с английского термина «metal halide lamp» («металлогалоидная», «металлогалидная») является недопустимым.

Применение

МГЛ — компактный, мощный и эффективный источник света (ИС), находящий широкое применение в осветительных и светосигнальных приборах различного назначения. Основные области применения: утилитарное, декоративное и архитектурное наружное освещение, осветительные установки (ОУ) промышленных и общественных зданий, сценическое и студийное освещение, ОУ для освещения больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры и т. п.), освещение спортивных объектов и др. В ОУ технологического назначения МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Компактность светящегося тела МГЛ делает их весьма удобным ИС для световых приборов прожекторного типа с катоптрической и катадиоптрической оптикой.

Принцип действия

Светящимся телом МГЛ является плазма дугового электрического разряда высокого давления. В этом МГЛ схожа с другими типами РЛ. Основным элементов наполнения разрядной трубки (РТ) МГЛ является инертный газ (как правило, аргон Ar) и ртуть Hg. Помимо них в газовой среде наполнения присутствуют галогениды некоторых металлов (ИД). В холодном состоянии ИД в виде тонкой плёнки конденсируются на стенках РТ. При высокой температуре дугового разряда происходит испарение этих соединений, диффузия паров в область столба дугового разряда и разложение на ионы. В результате ионизированные атомы металлов возбуждаются и создают оптическое излучение (ОИ).

Основной функцией инертного газа, наполняющего РТ МГЛ, как и в других ртутных РЛ, является буферная, иными словами, газ способствует протеканию электрического тока через РТ при низкой её температуре, то есть в то время, когда большая часть ртути и, тем более, ИД, находятся ещё в жидкой или твёрдой фазе, и парциальное давление их весьма мало. По мере прогрева РТ током происходит испарение ртути и ИД, в связи с этим существенно изменяются как электрические, так и световые параметры лампы — электрическое сопротивление РТ, световой поток и спектр излучения.

Выбор ИД производится таким образом, чтобы заполнить имеющиеся в спектре излучения ртути «провалы» с целью получения необходимого спектра лампы. Так, в МГЛ, используемых для целей общего и местного освещения, необходимо компенсировать недостаток красного и жёлтого света в спектре ртути. В цветных МГЛ необходимо повысить выход излучения в заданном узком спектральном диапазоне. Для МГЛ, используемых в фотохимических или фотофизических процессах, как правило, необходимо повысить интенсивность излучения в ближней ультрафиолетовой области (УФ-A) и непосредственно примыкающей к ней области видимого ОИ (фиолетовой). Сам принцип действия МГЛ был предложен в 1911 г. Ч. Штейнмецом, хотя, проводя исторические аналогии, можно увидеть аналогию и в устройстве «ауэровских колпачков», применявшихся для повышения световой отдачи керосиновых и газовых источников света (ИС).

Как и другие виды РЛ, МГЛ нуждаются в применении специальных устройств для инициирования разряда. В качестве них применяют либо вспомогательные (зажигающие) электроды, в общем аналогичные по конструкции электродам ламп ДРЛ, либо предварительный подогрев одного из электродов до температуры термоэлектронной эмиссии, либо внешние импульсные зажигающие устройства (ИЗУ). Согласование параметров (вольтамперных характеристик, ВАХ) источника электропитания и лампы производится с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА), в обиходе называемого балластом.

Как правило, в качестве ПРА используется дроссель, иногда — повышающий трансформатор с повышенным магнитным рассеянием, обеспечивающим падающий характер его внешней ВАХ. В последнем случае зажигание разряда в МГЛ происходит под воздействием высокого напряжения холостого хода трансформатора без использования каких-либо иных зажигающих устройств. Возможность широкого варьирования спектральных и электрических характеристик МГЛ, широкий диапазон мощностей и высокая световая отдача способствуют всё более широкому распространению их в различных осветительных установках. МГЛ является одним из наиболее перспективных заменителей ламп ДРЛ, а за счёт более благоприятного для восприятия человеком спектра излучения — и натриевых РЛВД (НЛВД).

Конструкция

Основой МГЛ является РТ (горелка), обычно изготавливаемая из кварцевого стекла. В последние годы всё более широкое распространение получают МГЛ с РТ из специальной керамики. Преимуществом керамических горелок является их более высокая термостойкость.

В большинстве конструкций МГЛ горелка помещается во внешнюю колбу, играющую двоякую роль. Во-первых, внешняя колба обеспечивает нормальный тепловой режим РТ, уменьшая её теплопотери. Во-вторых, стекло колбы выполняет функции светофильтра, сильно обрезающего жёсткое УФ излучение горелки. Для изготовления внешних колб МГЛ используется боросиликатное стекло, механически и термически устойчивое, относящееся по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) к группе вольфрамовых стёкол.

МГЛ, предназначенные для использования в технологических процессах, как правило, внешней колбы не имеют, что обусловлено необходимостью эффективного использования их УФ излучения. С целью уменьшения озонообразования иногда для таких МГЛ используют безозонное кварцевое стекло, значительно ослабляющее выход резонансной линии ртути 185 нм.

МГЛ могут изготавливаться в одно- и двухцокольном (софитном) исполнении (последние предназначены для работы только в горизонтальном положении). Номенклатура используемых цоколей чрезвычайно широка и постоянно расширяется в связи с разработкой новых моделей ламп, предназначенных для специфических условий применения. Некоторые модели ламп, в основном, предназначенные для замены ламп типа ДРЛ, имеют на внутренней стороне внешней колбы слой люминофора.

Для облегчения зажигания МГЛ в некоторых конструкциях РТ предусматривается установка одного или двух вспомогательных (зажигающих) электродов — аналогично конструкции ламп типа ДРЛ. Однако использование такого метода в МГЛ затруднено по ряду причин, обусловленным особенностями химического состава наполнения РТ. Как правило, в МГЛ, оснащённых зажигающим электродом, питание последнего отключается с помощью термоконтакта после зажигания в горелке основного разряда и её прогрева. Более широко применяется зажигание МГЛ с помощью ИЗУ.

Схемы включения в электрическую сеть

Metal halide warming up.JPG ПРА компании Helvar Metal halide warming up.JPG Электронные ПРА компании Helvar

Резкая зависимость тока МГЛ от напряжения на ней требует включения последовательно с лампой токоограничивающего элемента (ПРА). Большинство МГЛ предназначены для работы с серийными ПРА ламп ДРЛ соответствующей мощности (при отсутствии в колбе лампы специальных зажигающих устройств в таких схемах требуется установка ИЗУ). Существуют МГЛ для работы с ПРА как ДРЛ, так и ДНаТ. Также имеются ПРА специальных конструкций с повышающими автотрансформаторами или трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием или со встроенным ИЗУ, совмещающие функции ограничения тока и стартового поджига лампы.

Процесс прогрева и выхода МГЛ в рабочий режим сопровождается значительными изменениями тока лампы и напряжения на ней, причём к конструкции ПРА и ИЗУ предъявляются особые требования, существенно отличающиеся[источник не указан 689 дней] от требований к ПРА для ДРЛ и натриевых ламп высокого давления. Испарение ИД в процессе прогрева МГЛ делает вероятным погасание лампы из-за недостаточно высокого напряжения на ней.

Крайне опасным для МГЛ является акустический резонанс (АР), возникающий при питании лампы переменным током некоторой частоты (в акустическом диапазоне). Причина возникновения АР заключается в том, что при изменении направления протекания тока, дуга гаснет и, при нарастании напряжения, загорается вновь. При этом, из-за резкого изменения давления в области разряда, возникает акустическая волна, которая отражается от стенок горелки. При некотором значении частоты, возникает явление резонанса. Частота АР зависит от геометрических размеров горелки лампы и скорости звука в ней (то есть от давления в данный момент). Последствиями акустического резонанса являются нестабильность горения лампы, самопроизвольное погасание и, в худшем случае, физическое разрушение горелки. Это явление затрудняет проектирование высокочастотных электронных ПРА для МГЛ. В качестве одного из методов борьбы с АР используется модуляция частоты случайным сигналом. Для ламп малой мощности успешно применяется питание выпрямленным (пульсирующим) током.

Кратковременные перебои в электроснабжении вызывают погасание МГЛ. К такому же исходу может привести сильная вибрация, особенно опасная для ламп с длинной дугой, работающих в горизонтальном положении. Для повторного зажигание МГЛ должна остыть, чтобы давление паров в ней, и, соответственно, напряжение пробоя РТ, снизились. Для освещения особо ответственных объектов, где перебои недопустимы, применяются ПРА быстрого перезажигания. В них зажигание горячей МГЛ достигается за счёт подачи более мощных зажигающих импульсов с амплитудой до 30 — 60 кВ. Такой режим существенно ускоряет разрушение электродов ламп, к тому же требует применения более мощной изоляции токоведущих частей, а потому используется редко.

Цветовая температура горения

Первоначально МГЛ использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего света). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый дневной свет, имеющий индекс цветопередачи более 90.

МГЛ способны излучать свет с относительной температурой горения в диапазоне от 2500 К (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.

Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подаваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего света, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать ИД, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба лампы еще не достигла рабочей температуры и ИД ионизировались не полностью.

Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.

Типы и их обозначения

Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 — 20 кВт. Наиболее массовыми являются лампы, используемые в ОУ наружного освещения (одноцокольные 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт и софитные 70 и 150 Вт).

Одноцокольные лампы обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.

Конвекционные потоки металлогалогенидов в плазме дуги МГЛ зависят от направления силы тяжести и существенно влияют на распределение потока энергии, выходящей из горелки МГЛ. [1][2] Поэтому металлогалогеновые лампы чувствительны к тому положению, в котором они установлены. Лампы рассчитаны только на работу в определенной ориентации. Однако лампы, помеченные маркировкой «universal», могут работать в любом положении, хотя при работе их не в вертикальном положении продолжительность срока службы и интенсивность излучаемого света будут снижаться. Для получения наилучших характеристик при эксплуатации лампы в том случае, если её ориентация известна заранее, необходимо выбирать не универсальную, а соответствующую данной позиции лампу.

Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять отпаечный носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.

Metal halide warming up.JPG МГЛ компании Osram

В системе ANSI обозначение МГЛ начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп — литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, ее форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и ее цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Лампы европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.

Другим обозначением, часто встречающимся при выборе МГЛ, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы OSRAM и обозначает особый тип ламп, производимый данной фирмой. Но со временем этой аббревиатурой стали называть МГЛ любого производителя, в том числе и с двухсторонним цоколем. Европейские МГЛ не соответствуют в точности стандартам ANSI и работают при других значениях тока и напряжения. В большинстве случаев прямой европейский аналог лампы для стандарта ANSI не может работать с американским ПРА, таким образом, для работы с данным типом ламп необходимо выбрать соответствующий ей балласт, обозначенный маркировкой HQI. Например, ПРА M80 и M81 также имеют обозначение HQI, и применяются с лампами мощностью 150 и 250 Вт соответственно.

Колбы

Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17/8 или 21/8 дюйма.

Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) — бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) — эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) — эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) — параболическая, R (Reflector) — рефлекторная, T (Tubular) — трубчатая.

Примечания

  1. Бородин В. И., Луизова Л.А., Хахаев А.Д., Трухачева В.А. Исследование временных и пространственных распределений параметров многокомпонентной плазмы закрытой дуги высокого давления.. — Петрозаводск: Межвуз. Сб. Оптика неоднородных сред., 1981. — С. 117-141.
  2. Бородин В. И. Конвекция в ртутных дуговых разрядах с легкоионизуемыми примесями.. — Москва: Теплофизика высоких температур., 1982. — В. 3. — Т. 20. — С. 443-446.
Question book-4.svg В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 27 ноября 2012.

Металлогалогенные лампы. Технические характеристики

Содержание статьи:

Одной из последних разработок современных технологов считается изобретение металлогалогенных ламп (МГЛ). Это разновидность газоразрядных ламп, которые, несмотря на свою компактную форму, являются одними их максимально сильных ресурсов света. Они широко применяются в самых различных сферах, от архитектурной и сценической подсветки до освещения парников и аквариумов.

Принцип действия МГЛ

МГЛ имеет сходные черты с некоторыми видами разрядных ламп, где принцип светящегося тела заключен в работе плазмы дугового электрического разряда высокого давления. Горелка МГЛ заполнена инертным газом, ртутью и рядом галоидов (солей-галогенидов). Принцип работы металлогалогенной лампы заключается в следующем: излучение света в колбе МГЛ совершается под высоким давлением вследствие реакции инертного газа и ртути с определенным числом солей-галогенидов. Во время первичного поступления напряжения на МГЛ тепло, которое фокусируется в колбе после зажжения аргоновой дуги, при повышении температуры и давления, начинает превращать ртуть и соляную смесь в пар, что приводит к излучению света.

Как и многие газоразрядные лампы МГЛ нуждаются во вспомогательных устройствах (дополнительно зажигающихся электродах, импульсно зажигающихся единицах) для инициирования разряда, функционирования должного уровня рабочего напряжения.

Для того чтобы параметры источника электропитания и лампы соответствовали друг другу, используется пускорегулирующий аппарат (ПРА), всем известный под названием балласта.

Особенности конструкции МГЛ

Учитывая конфигурацию, устройство МГЛ имеет свои отличительные характеристики:

  • наличие внутренней оболочки, МГЛ с однонаправленным цоколем, или её отсутствие, МГЛ с двунаправленным цоколем;
  • металлический цоколь;
  • внешняя колба из боросиликатного стекла, которое служит для сбережения внутренних элементов МГЛ, выступает в роли светофильтра и терморегулятора, является источником защиты от оксидирования элементов внутренней оболочки. МГЛ без наружной колбы, изготавливаются из безозонного кварцевого стекла с целью ослабления выхода ртути;
  • дополнительные (зажигающие) и вольфрамовые электроды;
  • особое покрытие фосфором внутренней оболочки наружно стеклянной колбы для улучшения качества цветопередачи;
  • провода, поддерживающие внутреннюю колбу электрической дуги (горелку), которая изготовлена из плавленого кварца, или алюминиевую внутреннюю колбу, изготовленную из поликристаллического алюминиевого оксида.

Виды металлогалогенных ламп

Типы МГЛ

Определенная форма дуги во внутренней колбе оказывает влияние на фиксированное положение лампы, что и определяет её тип:

  • одноцокольные / односторонние МГЛ с условным обозначением SE (single-ended) вставляются в патрон при помощи резьбы на цоколе;
  • двухцокольные / двусторонние МГЛ имеют условное обозначение DE (double-ended) и вставляются в патроны, которые находятся с обеих сторон лампы;
  • универсальные МГЛ с маркировкой «universal», которые могут работать в горизонтальном или вертикальном положении.

Двухцокольная МГЛ

Технические характеристики МГЛ

Эффективность определяется целым набором высокотехнических характеристик металлогалогенных ламп.

Мощность. Спектр номинальной энергии МГЛ необычайно огромен. Диапазон начинается от небольшого количества десятков ватт (70, 100, 150, 175, 250, 400 и 1000 Вт) и способен доходить до 10 ‑ 20 кВт.

Срок службы. Срок действия немногих видов МГЛ может составлять 15 000 часов. Чтобы определить средний срок службы МГЛ рекомендуется учитывать продолжительность эксплуатации и их техническое устройство (дросселя или электронный ПРА). Средняя частота включения и ритм выключения ‑ еще один немаловажный признак, влияющий на срок службы МГЛ. Длительность службы таких ламп зависит от постоянной номинальной мощности и избегания выключения МГЛ во время запуска.

Не рекомендуется использовать МГЛ, срок эксплуатации которых превышает хотя бы 25% указанного срока службы из-за возможности растрескивания. По истечении срока службы у таких ламп может снизиться уровень качества светового потока.

Качество цветопередачи. При выборе ламп для освещения различных предметов и сооружений нужно принимать во внимание её способность к передаче истинного цвета и учитывать возможные эффекты оттенков света. Это определяется параметром индекса цветопередачи, о котором читайте тут. Изначально МГЛ использовались для создания света, максимально приближенного к естественному, так как способны были излучать белый дневной свет с индексом передачи 80.

Современные МГЛ уже имеют индекс цветопередачи свыше 90. Например, индекс цветопередачи более 80 или 90 играет главенствующую роль для придания естественного цвета продуктам. Неестественный оттенок, который создается при освещении ламп с низким индексом цветопередачи, приводит к тому, что покупатель не обращает внимания на товар или, более того, избегает его покупки.

Однако определить цветовые коэффициенты МГЛ 100% не всегда возможно по причине фабричных отклонений или без преодоления порога горения в 100 часов. Мощность питания электрической сети также сказывается на цветопередаче лампы. Недостаточная мощность питания изменяет физическую температуру, так что свет такой лампы приобретает синеватый оттенок. Качество цветопередачи часто изменяется по мере эксплуатации, отражаясь на свете лампы.

Цветовая температура. Характеристики цветовой температуры и спектральный состав излучения, измеряемой в единицах Кельвина (К.), очень важны для создания теплых или холодных оттенков при освещении предметов и создания правильного визуального образа. Так, способность МГЛ создавать температуру горения со спектром от 2500 единиц Кельвина (приобретает жёлтый оттенок) до 20 000 единиц Кельвина (становится синим) может быть вызвана необходимостью различного применения, например, для растений или животных.

Некоторые МГЛ обладают функцией «предварительный прогрев» (примерно 300 единиц Кельвина), что сказывается на цветопередаче, но МГЛ нового поколения улучшили показания от 100 до 200 единицах Кельвина.

Цоколь. Наиболее употребительными МГЛ считаются лампы с односторонним винтовым цоколем, который вкручивается в патрон светильника. Двуцокольные МГЛ популярны благодаря возможности снижать потерю световой энергии.

Область применения напрямую зависит от типов цоколей МГЛ, среди которых выделяют одноцокольные МГЛ с керамической / кварцевой горелкой, двухцокольные МГЛ с керамической / кварцевой горелкой, бесцокольные МГЛ с кварцевой горелкой.

Световой поток. Световой поток металлогалогенных лампочень важен при определении силы света лампа. Эта техническая характеристика лампы способна раскрыть возможность определенного источника света при освещении помещения.

Световая величина МГЛ составляет 75 ‑ 100 лм / Вт и превышает показатели других световых источников. Так, вольфрамовая лампа накаливания имеет всего лишь светоотдачу в 10 ‑ 22 лм / Вт.

Схема включения МГЛ

Схема включения металлогалогенной лампы сходна со схемой всех газоразрядных ламп. Небольшое отличие состоит лишь в том, что вместе с электромагнитным или электронным ПРА, о которых читайте здесь, требуется специальное поджигающее устройство, которое обеспечивает зажигание в несколько кВт.

Подключение металлогалогенных ламп идет с балластом, который создаёт сдвиг между током и напряжением, и конденсатором, служащим для компенсации коэффициента мощности. МГЛ поглощают малочастотный ток, а электронные аппараты включения иногда гораздо легче (в 3 ‑ 4 раза), так как функционируют как балласт, зажигающее устройство и компенсирующий конденсатор.

Схема подключения металлогалогенных ламп

Применение МГЛ

МГЛ имеют широкий спектр применения не только в промышленных сферах, но и в специфических областях:

  • освещение в парниках, зимних садах, аквариумах;
  • уличное освещение Вашего города;
  • внешнее освещение или подсветка архитектурных сооружений;
  • внутренне или внешнее освещение больших объектов, спортивных арен;
  • освещение производственных зданий, АЗС;
  • внутренняя подсветка цирковых манежей, торговых центров, магазинов, рекламных стяжек, магазинных витрин;
  • внешнее освещение различных карьерных разработок;
  • во время съемок телевизионных репортажей и кино.

Металлогалогенный прожектор для архитектурной подсветки

МГЛ – энергоэффективный тип лампы, который обладает повышенной светоотдачей и цветоотдачей. Высокий срок эксплуатации и хорошее качество освещения делает возможным применение этих ламп в разных сферах, а компактность и небольшой размер подходят для установки в труднодоступных местах.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Одноклассники

Мой мир

Поделиться ссылкой:

Металлогалогенная лампа — WiKi

Металлогалоге́нная ла́мпа (МГЛ) — один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. Отличается от других ГРЛ тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

Терминология

До середины 1970-х гг. в отечественной светотехнике применялся термин «металлогалоидная лампа», что было обусловлено наименованием химических элементов VII группы периодической системы — «галоиды». В химической номенклатуре было признано неправильным использование этого термина, поскольку «галоид» в буквальном переводе с греческого — «солеподобный», и в повсеместное употребление вошло слово «галоген» — буквально «солерод», указывающее на высокую химическую активность этих веществ и образование в реакциях с ними солей металлов. Поэтому в настоящее время применяется русскоязычный термин «металлогалогенная лампа», включённый в состав русской редакции Международного светотехнического словаря МКО. Использование словесных ка́лек с английского термина «metal halide lamp» («металлогалоидная», «металлогалидная») является недопустимым.

Применение

МГЛ — компактный, мощный и эффективный источник света (ИС), находящий широкое применение в осветительных и светосигнальных приборах различного назначения. Основные области применения: киносъёмочное освещение, утилитарное, декоративное и архитектурное наружное освещение, автомобильные фары (так называемые «ксеноновые» лампы для автомобильных фар являются именно металлогалогенными),[источник не указан 56 дней] осветительные установки (ОУ) промышленных и общественных зданий, сценическое и студийное освещение, ОУ для освещения больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры и т. п.), освещение спортивных объектов и др. В ОУ технологического назначения МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Компактность светящегося тела МГЛ делает их весьма удобным ИС для световых приборов прожекторного типа с катоптрической и катадиоптрической оптикой.

Принцип действия

Светящимся телом МГЛ является плазма дугового электрического разряда высокого давления. В этом МГЛ схожа с другими типами РЛ. Основным элементом наполнения разрядной трубки (РТ) МГЛ является инертный газ (как правило, аргон Ar) и ртуть Hg. Помимо них в газовой среде наполнения присутствуют галогениды некоторых металлов (ИД), обычно иодид натрия и иодид скандия[1]. В холодном состоянии ИД в виде тонкой плёнки конденсируются на стенках РТ. При высокой температуре дугового разряда происходит испарение этих соединений, диффузия паров в область столба дугового разряда и разложение на ионы. В результате ионизированные атомы металлов возбуждаются и создают оптическое излучение (ОИ).

Основной функцией инертного газа, наполняющего РТ МГЛ, как и в других ртутных РЛ, является буферная, иными словами, газ способствует протеканию электрического тока через РТ при низкой её температуре, то есть в то время, когда большая часть ртути и, тем более, ИД, находятся ещё в жидкой или твёрдой фазе, и парциальное давление их весьма мало. По мере прогрева РТ током происходит испарение ртути и ИД, в связи с этим существенно изменяются как электрические, так и световые параметры лампы — электрическое сопротивление РТ, световой поток и спектр излучения.

Выбор ИД производится таким образом, чтобы заполнить имеющиеся в спектре излучения ртути «провалы» с целью получения необходимого спектра лампы. Так, в МГЛ, используемых для целей общего и местного освещения, необходимо компенсировать недостаток красного и жёлтого света в спектре ртути. В цветных МГЛ необходимо повысить выход излучения в заданном узком спектральном диапазоне. Для МГЛ, используемых в фотохимических или фотофизических процессах, как правило, необходимо повысить интенсивность излучения в ближней ультрафиолетовой области (УФ-A) и непосредственно примыкающей к ней области видимого ОИ (фиолетовой). Сам принцип действия МГЛ был предложен в 1911 г. Ч. Штейнмецом, хотя, проводя исторические аналогии, можно увидеть аналогию и в устройстве «ауэровских колпачков», применявшихся для повышения световой отдачи керосиновых и газовых источников света (ИС).

Как и другие виды РЛ, МГЛ нуждаются в применении специальных устройств для инициирования разряда. В качестве них применяют либо вспомогательные (зажигающие) электроды, в общем аналогичные по конструкции электродам ламп ДРЛ, либо предварительный подогрев одного из электродов до температуры термоэлектронной эмиссии, либо внешние импульсные зажигающие устройства (ИЗУ). Согласование параметров (вольтамперных характеристик, ВАХ) источника электропитания и лампы производится с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА), в обиходе называемого балластом.

Как правило, в качестве ПРА используется дроссель, иногда — повышающий трансформатор с повышенным магнитным рассеянием, обеспечивающим падающий характер его внешней ВАХ. В последнем случае зажигание разряда в МГЛ происходит под воздействием высокого напряжения холостого хода трансформатора без использования каких-либо иных зажигающих устройств. Возможность широкого варьирования спектральных и электрических характеристик МГЛ, широкий диапазон мощностей и высокая световая отдача способствуют всё более широкому распространению их в различных осветительных установках. МГЛ является одним из наиболее перспективных заменителей ламп ДРЛ, а за счёт более благоприятного для восприятия человеком спектра излучения — и натриевых РЛВД (НЛВД).

Конструкция

Основой МГЛ является РТ (горелка), обычно изготавливаемая из кварцевого стекла. В последние годы всё более широкое распространение получают МГЛ с РТ из специальной керамики. Преимуществом керамических горелок является их более высокая термостойкость.

В большинстве конструкций МГЛ горелка помещается во внешнюю колбу, играющую двоякую роль. Во-первых, внешняя колба обеспечивает нормальный тепловой режим РТ, уменьшая её теплопотери. Во-вторых, стекло колбы выполняет функции светофильтра, сильно обрезающего жёсткое УФ излучение горелки. Для изготовления внешних колб МГЛ используется боросиликатное стекло, механически и термически устойчивое, относящееся по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) к группе вольфрамовых стёкол.

МГЛ, предназначенные для использования в технологических процессах, как правило, внешней колбы не имеют, что обусловлено необходимостью эффективного использования их УФ излучения. С целью уменьшения озонообразования иногда для таких МГЛ используют безозонное кварцевое стекло, значительно ослабляющее выход резонансной линии ртути 185 нм.

МГЛ могут изготавливаться в одно- и двухцокольном (софитном) исполнении (последние предназначены для работы только в горизонтальном положении). Номенклатура используемых цоколей чрезвычайно широка и постоянно расширяется в связи с разработкой новых моделей ламп, предназначенных для специфических условий применения. Некоторые модели ламп, в основном, предназначенные для замены ламп типа ДРЛ, имеют на внутренней стороне внешней колбы слой люминофора.

Для облегчения зажигания МГЛ в некоторых конструкциях РТ предусматривается установка одного или двух вспомогательных (зажигающих) электродов — аналогично конструкции ламп типа ДРЛ. Однако использование такого метода в МГЛ затруднено по ряду причин, обусловленным особенностями химического состава наполнения РТ. Как правило, в МГЛ, оснащённых зажигающим электродом, питание последнего отключается с помощью термоконтакта после зажигания в горелке основного разряда и её прогрева. Более широко применяется зажигание МГЛ с помощью ИЗУ.

Схемы включения в электрическую сеть

  ПРА компании Helvar   Электронные ПРА компании Helvar

Резкая зависимость тока МГЛ от напряжения на ней требует включения последовательно с лампой токоограничивающего элемента (ПРА). Большинство МГЛ предназначены для работы с серийными ПРА ламп ДРЛ соответствующей мощности (при отсутствии в колбе лампы специальных зажигающих устройств в таких схемах требуется установка ИЗУ). Существуют МГЛ для работы с ПРА как ДРЛ, так и ДНаТ. Также имеются ПРА специальных конструкций с повышающими автотрансформаторами или трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием или со встроенным ИЗУ, совмещающие функции ограничения тока и стартового поджига лампы.

Процесс прогрева и выхода МГЛ в рабочий режим сопровождается значительными изменениями тока лампы и напряжения на ней, причём к конструкции ПРА и ИЗУ предъявляются особые требования, существенно отличающиеся[источник не указан 3231 день] от требований к ПРА для ДРЛ и натриевых ламп высокого давления. Испарение ИД в процессе прогрева МГЛ делает вероятным погасание лампы из-за недостаточно высокого напряжения на ней.

Крайне опасным для МГЛ является акустический резонанс (АР), возникающий при питании лампы переменным током некоторой частоты (в акустическом диапазоне). Причина возникновения АР заключается в том, что при изменении направления протекания тока, дуга гаснет и, при нарастании напряжения, загорается вновь. При этом, из-за резкого изменения давления в области разряда, возникает акустическая волна, которая отражается от стенок горелки. При некотором значении частоты, возникает явление резонанса. Частота АР зависит от геометрических размеров горелки лампы и скорости звука в ней (то есть от давления в данный момент). Последствиями акустического резонанса являются нестабильность горения лампы, самопроизвольное погасание и, в худшем случае, физическое разрушение горелки. Это явление затрудняет проектирование высокочастотных электронных ПРА для МГЛ. В качестве одного из методов борьбы с АР используется модуляция частоты случайным сигналом. Для ламп малой мощности успешно применяется питание выпрямленным (пульсирующим) током.

Кратковременные перебои в электроснабжении вызывают погасание МГЛ. К такому же исходу может привести сильная вибрация, особенно опасная для ламп с длинной дугой, работающих в горизонтальном положении. Для повторного зажигания МГЛ должна остыть, чтобы давление паров в ней, и, соответственно, напряжение пробоя РТ, снизились. Для освещения особо ответственных объектов, где перебои недопустимы, применяются ПРА быстрого перезажигания. В них зажигание горячей МГЛ достигается за счёт подачи более мощных зажигающих импульсов с амплитудой до 30 — 60 кВ. Такой режим существенно ускоряет разрушение электродов ламп, к тому же требует применения более мощной изоляции токоведущих частей, а потому используется редко.

Цветовая температура горения

Первоначально МГЛ использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего света). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый дневной свет, имеющий индекс цветопередачи более 90.

МГЛ способны излучать свет с цветовой температурой в диапазоне от 2500 К (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.

Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подаваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего света, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать ИД, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба лампы еще не достигла рабочей температуры и ИД ионизировались не полностью.

Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.

Типы и их обозначения

Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 — 20 кВт. Наиболее массовыми являются лампы, используемые в ОУ наружного освещения (одноцокольные 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт и софитные 70 и 150 Вт).

Одноцокольные лампы обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.

Конвекционные потоки металлогалогенидов в плазме дуги МГЛ зависят от направления силы тяжести и существенно влияют на распределение потока энергии, выходящей из горелки МГЛ. [2][3] Поэтому металлогалогеновые лампы чувствительны к тому положению, в котором они установлены. Лампы рассчитаны только на работу в определенной ориентации. Однако лампы, помеченные маркировкой «universal», могут работать в любом положении, хотя при работе их не в вертикальном положении продолжительность срока службы и интенсивность излучаемого света будут снижаться. Для получения наилучших характеристик при эксплуатации лампы в том случае, если её ориентация известна заранее, необходимо выбирать не универсальную, а соответствующую данной позиции лампу.

Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять отпаечный носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.

  МГЛ компании Osram

В системе ANSI обозначение МГЛ начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп — литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, её форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и её цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Лампы европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.

Другим обозначением, часто встречающимся при выборе МГЛ, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы OSRAM и обозначает особый тип ламп, производимый данной фирмой. Но со временем этой аббревиатурой стали называть МГЛ любого производителя, в том числе и с двухсторонним цоколем. Европейские МГЛ не соответствуют в точности стандартам ANSI и работают при других значениях тока и напряжения. В большинстве случаев прямой европейский аналог лампы для стандарта ANSI не может работать с американским ПРА, таким образом, для работы с данным типом ламп необходимо выбрать соответствующий ей балласт, обозначенный маркировкой HQI. Например, ПРА M80 и M81 также имеют обозначение HQI, и применяются с лампами мощностью 150 и 250 Вт соответственно.

Колбы

Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17/8 или 21/8 дюйма.

Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) — бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) — эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) — эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) — параболическая, R (Reflector) — рефлекторная, T (Tubular) — трубчатая.

Примечания

  1. Flesch, Peter. Light and light sources: high-intensity discharge lamps. — Springer, 2006. — P. 45–46.
  2. Бородин В. И., Луизова Л.А., Хахаев А.Д., Трухачева В.А. Исследование временных и пространственных распределений параметров многокомпонентной плазмы закрытой дуги высокого давления.. — Петрозаводск: Межвуз. Сб. Оптика неоднородных сред., 1981. — С. 117-141.
  3. Бородин В. И. Конвекция в ртутных дуговых разрядах с легкоионизуемыми примесями.. — Москва: Теплофизика высоких температур., 1982. — Т. 20, вып. 3. — С. 443-446.

Металлогалогеновая лампа — это… Что такое Металлогалогеновая лампа?

Металлогалоге́новые ла́мпы относятся к газоразрядным лампам и обеспечивают высокую для своих размеров светоотдачу. Металлогалогеновые лампы являются компактными, мощными и эффективными источниками света. Изобретенные в конце 60-х годов ХХ века для промышленного использования, сегодня металлогалогеновые лампы имеют множество типоразмеров и конфигураций, предназначенных для коммерческого и домашнего использования. Как и большинство других газоразрядных ламп, данный тип ламп работает при условиях высокого давления и температуры заключенных в них паров и требует для безопасной работы специальных устройств. Они также могут считаться «точечными» источниками света, по причине чего при их использовании могут применяться рефлекторные светильники, концентрирующие световой поток.

Применение

Металлогалогеновые лампы используются как для обычного промышленного освещения, так и в очень специфических областях, где требуется применение ультрафиолетового излучения или света голубого диапазона спектра. Часто данный тип ламп используется для внутреннего освещения теплиц, цветников и т. д., так как лампы обеспечивают спектр и цветовую температуру свечения, благоприятствующие росту растений. Довольно часто эти лампы используются для освещения спортивных сооружений и соревнований. Металлогалогеновые лампы в достаточной степени популярны у аквариумистов, занимающихся выращиванием коралловых рифов, нуждающихся для своего роста в источнике света большой яркости. Широкое распространение данные лампы получили при использовании новейших профессиональных световых установок, таких как интеллектуальные светильники. При использовании в данных системах металлогалогеновые лампы известны под аббревиатурой MSD-лампы, и в большинстве случаев их мощность составляет 150, 250, 400 и 1200 Вт.

Функционирование

Как и другие газоразрядные лампы, такие как очень похожие на них ртутные лампы, металлогалогеновые лампы излучают свет, получаемый при прохождении электрической дуги через смесь газов. В металлогалогеновой лампе компактная колба для дуги содержит находящуюся под высоким давлением смесь аргона, ртути и большого количества солей-галогенидов (галоидов) различных металлов. Состав соляной смеси непосредственно влияет на спектр излучаемого света, включая цветовую температуру свечения и степень цветопередачи (добавляя свету голубой или красный оттенок). Инертный газ аргон легко ионизируется, что облегчает задачу создания электрической дуги, протекающей между двух электродов, при первой подаче напряжения на лампу. Затем тепло, созданное зажёгшейся аргоновой дугой, превращает в пар ртуть и галоидные соли, которые начинают излучать свет при возрастании температуры и давления. Обычные условия нормальной работы, создающиеся внутри колбы при горении электрической дуги, следующие:

давление — 4,8 — 6,2 кг/см²,
температура — 1090 °C.

Как и все другие газоразрядные лампы, металлогалогеновые лампы требуют применения вспомогательного оборудования для обеспечения необходимого напряжения зажигания и рабочего напряжения, а также для регулировки значения тока, протекающего через лампу.

Около 24 % энергии, производимой металлогалогеновой лампой, расходуется на излучение света (65-115 лм/Вт), что делает её по этому параметру более эффективной, чем люминесцентные лампы, и значительно более эффективной, чем лампы накаливания.

Устройство

Металогалогеновые лампы имеют две базовые конфигурации: лампы с внутренней оболочкой и без нее. Обычно лампы, имеющие внутренние оболочку, имеют односторонний винтовой цоколь, вкручивающийся в патрон светильника, в то время как лампы без внутренней оболочки имеют двусторонний цоколь, который необходимо вставлять в патрон.

Металлогалогеновая лампа с внутренней оболочкой включает в себя следующие основные компоненты. Она имеет металлический цоколь, обеспечивающий электрическое соединение. Наружная стеклянная оболочка (или стеклянная колба), изготовленная из боросиликатного стекла, необходима для защиты внутренних компонентов лампы, а также для поглощения ультрафиолетового излучения, создаваемого содержащимися во внутренней колбе парами ртути. Боросиликатное стекло обеспечивает благоприятный для внутренней колбы температурный режим. Наружная оболочка заполняется инертной средой, предотвращающей окисление компонентов внутренней колбы.

Внутри наружной оболочки крепления и стальные проводники держат внутреннюю колбу электрической дуги, изготовленную из плавленого кварца, с введенными туда вольфрамовыми электродами. Именно внутри этой колбы и создается световое излучение. Кроме паров ртути, лампа содержит иодиды, а иногда бромиды различных металлов, таких как натрий, таллий, индий, скандий и диспрозий, а также инертный газ. Состав используемых металлов непосредственно влияет на цветовой спектр лампы.

Многие металлогалогеновые лампы вместо кварцевой внутренней колбы, используемой и в ртутных лампах, имеют керамическую внутреннюю колбу, похожую на колбу натриевых ламп высокого давления. Их называют металлогалогеновыми лампами с керамической горелкой. Металлокерамические лампы могут выдерживать большие по сравнению с кварцевыми температуры, создаваемые внутри колбы электрической дуги, а также по общему мнению лучше сохраняют цветовую температуру излучаемого света в течение всего своего срока службы.

Некоторые лампы имеют люминофорное покрытие на внутренней стороне наружной стеклянной колбы, что улучшает характеристики излучаемого ими спектра, а также служит для рассеивания света.

Пуско-регулирующая аппаратура (ПРА)

Условия, при которых зажигаются металлогалогеновые лампы, очень важны, поскольку они напрямую влияют на тип балласта, используемого с конкретным типом лампы

Металлогалогеновые лампы требуют балластного сопротивления для регулирования величины тока, протекающего через дугу, и подачи корректного напряжения на электроды, создающие дугу. Стандарты ANSI (American National Standards Institute) для систем «балласт-лампа» содержат значения всех параметров для всех компонентов металлогалогеновых ламп (за исключением некоторых новейших продуктов).

В настоящее время с металлогалогеновыми лампами может использоваться лишь небольшое число электронных ПРА. Преимуществом этих балластов является возможность более точной регулировки подаваемого на лампы напряжения, что обеспечивает более устойчивый спектр и увеличивает срок службы лампы. В некоторых случаях утверждается, что электронные балласты увеличивают КПД ламп (напр. снижают потребление электроэнергии). Однако, за несколькими исключениями, работа на высоких частотах напряжения не увеличивает эффективность этих ламп, также как и в случае с высокомощными и сверхвысокомощными люминесцентными лампами.

Цветовая температура горения

Первоначально металлогалогеновые лампы использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего цвета). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый свет, имеющий индекс цветопередачи в районе 80.

С созданием специальных смесей галоидных солей, металлогалогеновые лампы способны излучать свет с относительной температурой горения в диапазоне от 3000 К (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.

Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подaваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего цвета, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать галоидные соли, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба дуги еще не достигла рабочей температуры и галоидные соли ионизировались не полностью.

Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.

Пуск и прогрев

Для пуска металлогалогеновой лампы используются два метода: «метод пуска с использованием предварительного прогрева» (стандартный) и «импульсный метод пуска».

Металлогалогеновые лампы с пуском методом предварительного прогрева содержат специальный «пусковой» электрод внутри колбы лампы для создания электрической дуги при первом ее зажигании (что сопровождается небольшой вспышкой при первом включении). На данный электрод балластом подаётся ток высокого напряжения, что влечёт за собой возникновение электрической дуги между ним и рабочим электродом, находящимся на этой же стороне внутренней колбы. Как только параметры излучаемого света достигают своих нормальных значений, биметаллический выключатель отсекает подачу тока на стартовый электрод, что прерывает стартовую дугу.

Металлогалогеновые лампы с импульсным зажиганием не требуют пускового электрода, и вместо него используют специальное пусковое устройство, называемое зажигающим модулем (игнитором), создающее импульс высокого напряжения (обычно от 3 до 5 кВ), подаваемый непосредственно на рабочие электроды. Отсутствие пускового электрода и биметаллического переключателя сокращает площадь пайки на конце колбы дуги, что позволяет увеличить давление находящейся в ней смеси паров, а также уменьшить потери тепла. Однако использование для пуска лампы зажигающего электрода отрицательно сказывается на напыленном вольфрамовом покрытии электродов, так как при импульсном пуске они нагреваются быстрее, сокращая, таким образом, время прогрева лампы.

Металлогалогеновая лампа в холодном состоянии не может немедленно начать работать с полной световой отдачей по причине того, что температура и давление паров во внутренней камере достигают рабочего уровня по прошествии некоторого времени. Создание первичной аргоновой дуги иногда требует нескольких секунд, а период прогрева может длиться до 5 мин (в зависимости от типа лампы). В течение этого времени излучаемый лампой спектр не будет однородным по своему цветовому составу до тех пор, пока все галоидные соли металлов не перейдут в парообразное состояние.

При сбое в подаче напряжения, даже коротком, дуга в лампе гаснет, а высокое давление паров, образующееся в горячей внутренней колбе, препятствует повторному зажиганию дуги; перед повторным зажиганием лампы ее необходимо охлаждать в течение примерно 5-10 минут. В некоторых осветительных системах, где длительный перерыв освещения может вызвать остановку производства или влиять на безопасность, данное обстоятельство является основным поводом для беспокойства. Небольшое количество металлогалогеновых ламп изготовлены с возможностью «немедленного зажигания» дуги, и имеют балласты и цоколи, сконструированные с расчетом выдерживать 30-кВ импульс повторного зажигания дуги, подаваемый отдельной анодной шиной.

Типы и их обозначения

Обычные металлогалогеновые лампы, как правило, имеют номинальную мощность в 70, 100, 150, 175, 250, 400 и 1000 Вт.

Как уже говорилось выше, металлогалогеновые лампы могут иметь односторонний либо двусторонний цоколь. Производители, как правило, указывают это в своих каталогах при помощи условных обозначений. Односторонний цоколь обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.

Металлогалогеновые лампы чувствительны к тому положению, в котором они установлены, по причине изменения формы дуги во внутренней колбе. Лампы рассчитаны только на работу в определенной ориентации. Однако лампы, помеченные маркировкой «universal», могут работать в любом положении, хотя при работе их не в вертикальном положении продолжительность срока службы и интенсивность излучаемого света будут снижаться. Для получения наилучших характеристик при эксплуатации лампы в том случае, если её ориентация известна заранее, необходимо выбирать не универсальную, а соответствующую данной позиции лампу.

Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять отпаечный носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.

Металл-галогеноидная лампа Osram

Для того, чтобы создать общеупотребительную систему обозначения различных типов ламп и позволить находить аналоги среди продукции разных производителей, ANSI разработал свою систему обозначения ламп. В этой системе обозначение металлогалогеновых ламп начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп — литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, ее форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и ее цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Ламп европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.

Другим обозначением, часто встречающимся при выборе металлогалогеновых ламп, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы

Цоколи ламп

Наболее употребительным цоколем металлогалогеновых ламп является односторонний винтовой цоколь, вкручивающийся в патрон светильника. Размеры цоколя и резьбы также обозначаются кодом, хотя наиболее часто для их обозначения используются специфические наименования. Например, цоколь Е39 общеупотребительно называют «могулом» (mogul base). Европейские лампы также имеют цоколь типа «могул», но по размерам он немного отличается от цоколя Е39 и называется Е40. Отличия этих цоколей совсем незначительны, поэтому лампы с цоколем Е40 вполне устойчиво работают с патронами под цоколь Е39, используемый в США. В 70 и 150-Вт лампах с двусторонним цоколем используется цоколь RSC (RX7s), а в 250-Вт лампах — цоколь Fc2.

Для подачи напряжения на лампы с винтовым цоколем используют два провода. Один из них припаян или приварен к центровому контакту лампы, а другой припаян или приварен к верхней кромке стакана цоколя.

Лампы с керамическими цоколями имеют внутренние провода, приваренные либо к внутренним серебряным контактам, либо к наружным подводящим проводам.

Колбы

Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17/8 или 21/8 дюйма.

Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) — бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) — эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) — эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) — параболическая, R (Reflector) — рефлекторная, T (Tubular) — трубчатая.

Выход из строя

Конец срока службы металлогалогеновых ламп сопровождается эффектом, называемом цикличностью. Эти лампы могут зажигаться от относительно низкого напряжения, но как только они нагреваются в процессе работы, внутренне давление в колбе дуги возрастает и для поддержания дугового разряда требуется все большее и большее напряжение. При старении лампы значение напряжения, необходимое для поддержания горения лампы, постепенно возрастает до значений, превышающих величину напряжения, выдаваемого ПРА. При наступлении этого момента дуга исчезает и лампа перестает светить. Постепенно с угасанием дуги лампа снова охлаждается, а давление паров в колбе дуги понижается, после чего балласт снова имеет возможность зажечь дугу. Данный эффект заключается в том, что периодически лампа горит в течение некоторого времени, после чего гаснет.

Усовершенствованные балласты определяют эффект цикличности и прекращают попытки зажечь лампу по прошествии нескольких циклов. При сбое в подаче напряжения и повторной его подаче, балласт будет осуществлять новую серию попыток зажигания.

Хотя производитель может заявлять, что лампа рассчитана на несколько тысяч часов работы, излучаемый металлогалогеновой лампой световой поток в течение одного года может снизиться на 30 %. В колбе электрической дуги происходят некоторые явления, которые в значительной степени влияют на величину светового потока, выдаваемого лампой: оседание частиц электрода на стенке внутренней колбы, во время горения изменяется химический состав электрической дуги, плавленый кварц кристаллизируется и становится неспособен пропускать свет и т. д. При каждом зажигании металлогалогеновой лампы происходит испарение вольфрамового покрытия электродов лампы, которое оседая на стенках внутренней колбы приводит к ее потемнению. На рисунке показаны новая лампа (слева) и лампа после 1 года использования (справа).

Потемнение стенок внутренней колбы вызывает изменения в спектре излучаемого лампой света, понижая цветовую температуру горения, выражаемую в кельвинах. Часто можно услышать об «изменении спектра», что является результатом снижения светового излучения на разных длинах волн. Менее явно это снижение проявляется на коротких длинах волн, то есть ближе к синему концу спектра.

 

Wikimedia Foundation. 2010.

Металлогалогенные светильники

Металлогалогенные лампы (МГЛ) – одна из разновидностей газоразрядных ламп высокого давления HID (High Intensity Discharge). Этот тип ламп становится все более популярным благодаря хорошему качеству белого света и отличной энергоэффективности и может применяться повсеместно: от компактных комнатных металлогалогенных светильников до масштабного уличного и инфраструктурного освещения.

Изобретенная еще в далеком 1960 году доктором Рейлингом, МГЛ претерпела целый ряд усовершенствований и изменений и теперь доступна для использования в разных сферах быта и промышленного освещения.

Металлогалогенная лампа SYLVANIA HSI-HX 400W

Металлогалогенная лампа SYLVANIA HSI-HX 400W

В этой статье:

Конструктивная особенность и принцип действия

Металлогалогенные лампы имеют две основные конфигурации: с наружным конвертом и без него. В первом случае основная конструкция изделия представляет собой внутреннюю оболочку (называемую дуговой трубкой), которая содержит непосредственно дугу, и внешнюю оболочку (называемую лампой), отфильтровывающую ультрафиолетовое излучение (UVR), и выполняющую функцию экранирования внутренней трубки. Эти лампы обычно односторонние (SE) и используют резьбовое крепление для ввинчивания в гнездо. Вторая конфигурация МГЛ не имеет внешней оболочки и обычно имеет два конца (DE), которые необходимо вставить в гнездо.

Внутренняя дуговая трубка содержит электроды и смесь из различных галогенидов металлов и ртути, а также инертные газы. Типичными галогенидами являются некоторая комбинация йодидов натрия, таллия, индия, скандия и диспрозия. Эти йодиды управляют спектральным распределением мощности свечения и обеспечивают цветовой баланс, комбинируя спектры используемых различных примесей.

Устройство металлогалогенной лампы

Устройство металлогалогенной лампы

Свет создается путем образования дуги между двумя электродами, расположенными внутри дуговой трубки, которая обычно изготовлена из кварца и способна выдерживать высокие температуры, приближенные к 1000 C, и давление в 3 или 4 атмосферы. На электроды подается высокое начальное напряжение, чтобы ионизировать газ до состояния плазмы, которая и вызывает свечение. Внешняя оболочка обычно изготовлена из боросиликатного стекла, чтобы уменьшить количество УФ-излучения. Она также обеспечивает стабильную тепловую среду для дуговой трубки и содержит инертную атмосферу, удерживающую компоненты дуговой трубки от окисления при высоких температурах.

Особенности использования

Характерной особенностью источников света HID является то, что они нагреваются несколько минут, и в течение этого периода прогрева выход света изменяется в зависимости от интенсивности и цветовой температуры.

После любого прерывания питания горячая лампа не будет немедленно перезагружена и должна немного охладиться до перезапуска.

Металлогалогенные лампы выпускаются в самых разных конфигурациях, отличающихся рядом факторов: их мощностью, цветовой температурой, монтажной базой, формой, электрическими характеристиками, рабочим положением и производителем. При работе с системой освещения лучше всего начать с выбора МГЛ, а затем выбрать другие компоненты на ее основе.

Важный момент – это мощность МГЛ, которая будет использоваться. Типичные лампы доступны в версиях мощностью 70 Вт, 100 Вт, 150 Вт, 175 Вт, 250 Вт, 400 Вт и 1000 Вт. Наиболее распространен для домашних светильников с металлогалогенными лампами вариант в 150 W.

Трековый металлогалогенный светильник Lival SQUEEZE

Трековый металлогалогенный светильник Lival SQUEEZE

Преимущества и недостатки

Уникальные характеристики металлогалогенных ламп обеспечивают целый ряд преимуществ:

  • Долговечность. МГЛ имеют средний срок службы 15 000-20 000 часов – более чем в десять раз больше, чем у ламп накаливания.
  • Энергоэффективность. Более высокая производительность изделия обеспечивает значительное снижение потребления электроэнергии.
  • Лучшее качество света. Выход металлических галогенных лампочек ближе к естественному солнечному свету, чем большинство других осветительных приборов. Люди предпочитают белый свет из-за более комфортного восприятия и улучшенной остроты зрения, даже при более низких уровнях освещенности. Металлогалогенные светильники особо благоприятны для установки в местах для чтения.
  • Дизайнерский цвет. МГЛ могут быть спроектированы для получения практически любой желаемой цветовой температуры от 2700 до 20 000 К. Также могут быть изготовлены специальные цвета, в том числе синий, зеленый и розовый.
  • Отличная цветопередача. Металлический галогенид обеспечивает отличную цветопередачу в 65-90 CRI (индекс цветопередачи).
  • Компактный размер. МГЛ генерирует высокие уровни света из компактного источника. Это позволяет использовать меньшие, более контролируемые светильники.
  • Универсальность. HID-лампы относительно не подвержены влиянию температуры окружающей среды, что одинаково подходит для использования внутри помещений или на улице. Широкие возможности по стилю оформления, размеру и мощности позволяют использовать такие лампы повсеместно.
  • Высокая эффективность. Металлогалогенные лампы генерируют 65-115 люмен на ватт – больше, чем лампы накаливания, флуоресцентные или ртутные лампы.
  • Положительное воздействие на окружающую среду. Поскольку HID обеспечивают более эффективное освещение, чем лампы накаливания, широкое признание технологии оказывает положительное влияние на окружающую среду.

Основные недостатки МГЛ

  • Пожароопасность. В связи с нагревом внешней колбы металлогалогенных ламп до температуры в 500 С и выше существует умеренный риск возгорания.
  • Чувствительности к перепадам напряжения. HID-лампы особо чувствительны и требуют дополнительного оборудования для поддержания стабильного напряжения.
  • Чувствительность к загрязнениям. Лампочка чувствительна к жиросодержащим загрязнениям, в связи с чем требует особой аккуратности при монтаже.
  • Стоимость. Металлогалогенные лампы при всех преимуществах стоят недешево.
  • Период включения. У МГЛ максимальная яркость свечения достигается только по истечении 5-10 минут после включения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *