高壓鈉燈介紹

2021-08-07 16:24:43 字數 4569 閱讀 6907

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結構和材料

電弧管  電弧管是高壓鈉燈的關鍵部件。電弧管工作時,高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強,一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能勝任;而採用半透明多晶氧化鋁和陶瓷管做電弧管管體較為理想。它不僅具有良好的耐高溫和抗菌素鈉蒸氣腐蝕性能,還有良好的可見光穿越能力。

另外,單晶氧化鋁陶瓷管在耐高溫、抗菌素鈉蒸氣腐蝕和透光率等效能均優於多晶捫化鋁陶瓷管;因其**昂貴,所以目前很少被採用。 電弧管是把電極、多晶捫化鋁陶瓷管、帽、焊料環裝配在一起,加入鈉汞齊進入封接爐封接;同時充入少量氙氣,以改善燈泡的啟動特性。電極是用高純鎢絲繞成螺旋狀,在螺旋孔中插入芯杆,浸漬電子粉,然後將電極芯杆一端和鈮管封閉端焊接成一體。

多晶氧化鋁陶瓷管(帽)是選用多晶氧化鋁陶瓷粉經混粉、噴泉霧乾燥、等靜壓成形、素燒、高溫燒結和切割等工序製成。 高壓鈉燈的光、電引數與電弧管的內徑和弧長(兩電極之間距離)有著密切聯絡。

燈芯  燈芯是採用金屬支架將電弧管、消氣劑環等固定在芯柱上,電弧管兩端電極分別與芯柱上兩根內導絲相連線。芯柱由導絲、排氣管和喇叭經高溫火焰熔融成一體。金屬導絲與玻璃封接部分的膨脹係數應與匹配,可避免因二種封接材料的膨脹係數不相同,造成封接處玻璃產生應力而爆裂或燈泡慢性漏氣。

玻殼  玻殼是選用高溫的硬料玻璃製造。玻殼與燈芯的喇叭口經高溫火焰熔融封口,然後抽真空或充入惰性氣體後,再裝上燈頭整個燈泡基本成型。由於電弧管在高溫狀態下工作,其外裸的金屬極易氧化、變脆,就必須將電弧管置於真空或惰性氣體的外殼內。

這樣還可減少電弧管熱量損失,提高冷端溫度,提高發光效率。

燈頭  燈頭的作用是方便燈泡與燈座、電路相連線。長壽命燈泡要求燈頭與玻殼連線應牢固,不能有鬆動和脫落現象。所以,目前一般採用螺紋機械緊固技術,可防止焊泥自然老化而脫落。

製造燈頭的材料一般採用黃銅帶,它可與燈座保持較小的接觸電阻,減輕金屬表面氧化層。如燈泡在特殊環境中使用,還可以在黃銅燈頭表面塗覆鉻層或鎳層。其規格型號有:

e27 、 e40 二種。

消氣劑  玻殼內經抽真空後,其真空度僅為 6.6x10 -2 pa ,仍可使金屬零件氧化,影響燈泡穩定地工作;所以在玻殼內放置適量消氣劑,可將燈泡內真空度提高到 1.4x10 -4 pa 高真空狀態。

目前,高壓鈉燈一般採用鋇消氣劑,它是把鋇鈦合金置於金屬環內,再將其固定在消氣劑蒸散後不影響光輸出的位置。燈泡經抽真空工序後,採用高頻感應加熱金屬環,使環內鋇鈦合金受熱後蒸散,在蒸散過程中吸收殘餘有害氣體,同時在玻殼頸部形成一層黑色鏡面。必須指出 ,消氣劑放置位置非常重要,以黑色鏡面不阻礙光線輸出為宜;在使用過程中如發現黑色鏡面部分或全部變成灰白色,它指示該燈泡已漏氣,不能繼續使用,必須調換新燈泡。

汞  汞常態時呈液態狀,具有銀白色鏡面光澤。在電弧管中加入汞可提高燈管工作電壓,降低工作電流,減小鎮流器體積,改善電網的功率因數,增高電弧溫度,提高輻射功率。

鈉  該元素呈銀白色金屬,也稱金屬鈉。它的理化效能有質軟而輕,可溶於汞生齊。鈉光譜特點為共振輻射線寬,偏向紅色區,總輻射功率高;高壓鈉燈的光色和發光效率與鈉蒸氣壓有關。

目前,工業化生產的高壓鈉燈均採用鈉汞齊新增入燈泡內,可簡化生產工藝,同時使燈泡引數一致性有很大提高。

氙  氙氣是一種稀有氣體,它在燈泡中的作用是幫助啟動和降低啟動電壓。氙氣壓的高低還將影響燈泡的發光

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技術引數

啟動特性

高壓鈉燈啟動後,在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候,燈泡工作電壓很低,電流很大;隨著放電過程的繼續進行,電弧溫度漸漸上公升,汞、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定,當放電管冷端溫度達到穩定,放電便趨向穩定,燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處於正常工作狀態。在正常工作條件下,整個啟動過程約需 10 分鐘左右。

光和電引數

2.2.1 高壓鈉燈的光和電引數

2.2.2 高顯色高壓鈉燈的光和電引數

顯色指數已提高到 ra =70 ~ 80

2.2.3 光通量維持率

發光效率可達 80 流明 / 瓦以上,最高發光效率140流明/瓦

電源電壓變化對光、電引數的影響

電源電壓的波動必將引起燈泡個、電引數的變化,由圖 2.3 可見,如果電源電壓上公升將引起燈泡工作電流增大,促使電弧管冷端溫度提高,汞、鈉蒸氣壓增高,工作電壓、燈泡功率隨著增高,造成要泡壽命大大下降;反之。電源電壓降低,燈光不能正常工作,發光效率下降,還可能造成燈泡不能啟動或自行熄滅。

所以,要求客戶在燈泡使用時,電源電壓的波動不宜過大,一般要求在額定值 +6% ~ -8% 範圍之內變化。

壽命  高壓鈉燈的壽命

高顯色高壓鈉燈的壽命

平均壽命

平均壽命指一批受試燈泡樣品點燃至 50% 數量損壞時之時數。

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顯色性的改善

白熾燈泡工作時發出暖色光,而且顯色性極佳(顯色指數 ra=100 ),從它誕生至今的相當長時間時裡,仍然被人們廣泛使用的照明光源。雖然使用高壓鈉燈雖然有許多優點,但是光色( ra=30 )、色溫約 2000k 。為了保持高壓鈉燈的長壽命、高發光效率和暖色調氣氛;在改善顯色性方面,人們經過孜孜不倦地努力,已研製出符合上述要求的高顯色高壓鈉燈(又稱白光高壓鈉燈)。

白光高壓鈉燈

高顯色高壓鈉燈是在高壓鈉燈的基礎上,採用提高鈉蒸氣壓和增大電弧管管徑,同時在電弧管兩端裹上一層鈮箔,提高冷端溫度等措施來改善顯色性;另外,提高充入電弧管內氙氣壓力,使電弧中心部分溫度公升高,而其餘放電部分溫度較低,通過改變電弧溫度分布的途徑來改善顯色性,其顯色指數已提高到 ra =70 ~ 80, 發光效率可達 80 流明 / 瓦以上,可拓寬應用領域,為使用高顯色高壓鈉取代白熾煤泡成為現實。

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工作電路系統

在高壓鈉燈的工作電路中除了燈泡外,還必須按內觸發高壓鈉燈或外觸發高壓鈉燈分別選用相應的工作電路,如燈泡 + 鎮流器或者燈炮 + 鎮流器 + 觸發器的工作電路,方可達到高壓鈉燈正常工作的要求。

高壓鈉燈工作電路系統

外觸發高壓鈉燈的燃點電路

外觸發高壓鈉燈的燃點電路中必須與配套鎮流器串聯使用外,還要在燈泡兩端併聯乙個觸發器後,高壓鈉燈方可正常使用。目前,高壓鈉燈觸發器普遍由電子元件組成,亦稱為電子觸發器。它具有無機械觸點、可靠性好、體積小、重量輕、使用方便等優點,而受到使用者的青睞。

兩端倍壓式電子觸發器的啟動電路

兩端倍壓式電子觸發器的電原理圖,其工作原理如下:電源電壓在負半周時,電流經過 v 1 、 l 1 和 l 2 向 c 2 充電,同時,經過 l 1 向 c 1 充電,當電源電壓達到最大值 220v ×√ 2=311v 時, c 1 和 c 2 充電電壓達到約 300v ,由於 v 1 的單向導電特性, u c2 電壓值保持不變,而 u c1 逐漸放電,直至電壓為零;當電源電壓在正半周時,又通過 l 1 對 l 2 的匝數比為 10 : 1 ,經過 l 1 公升壓後輸出脈衝電壓可達 3000v ,使燈泡啟動點燃。

兩端倍壓式電子觸發器的電路簡單,因閘流體的觸發電流隨溫度變化較大,開啟式電壓會在很大範圍內漂移工作可靠生差。它是早期使用的高壓鈉燈電子觸發器。

雙向閘流體觸發器啟動電路

近年來,雙向閘流體觸發器使用普遍電原理圖,其工作原理如下:當電源電壓正半周時, v2 觸發導通, c1 經過 l2 和 c2 放電, l2 上產生感應電動勢,經 l1 耦合產生脈衝高壓,使燈泡啟動點燃;在電源負半周時,燈泡仍然能啟動點燃。 圖 3.

4 3.3.3 三端電子觸發器啟動電路由於某些使用場合的侷限性,往往燈泡與鎮流器、觸發器之間距離甚遠,導致電子觸發器輸出的脈衝高壓在輸送至燈泡途中損耗很大,燈泡兩端電壓偏低不能啟動。

建議用刻使用三端式電子觸發器和三端式鎮流器組成的啟動電路,就可以改善電路和啟動特性。此電路特點:它運用鎮流器的電感線圈作為脈衝變壓器,使電感量增加,放電持續時間延長,有利於燈光啟動。

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產品選用指南

高壓鈉燈使用時發出金白色光,它具有發光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優點。廣泛應用於道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應用於體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明。

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高壓鈉燈鎮流器

簡介  在高壓鈉燈的工作電路中,與燈泡配套使用的鎮流器有電感式鎮流器和電子式鎮流器兩種。

電子式整流器

電感式鎮流器由電感線圈和矽鋼片迴路製成非封閉狀,而專門留有很小間隙,使磁場處於非飽和狀態,

電感式整流器

從而起到穩定電流的作用。電子式鎮流器顧名思義它是有電子元件組成的陰流器件,也是近年來實施照明節電的產品,它具有功耗低、體積小、重量輕、功率因數高,燈泡瞬時啟動等特點;目前在小功率氣體放電燈(緊湊型節能燈)中應用較廣泛,而在大功率氣體放電燈方面,困難度較大,國內有深圳中電能投資管理****已經開始成功研發出低頻方波的大功率氣體放氣燈電子鎮流器。

一般要求

鎮流器是高壓鈉燈的重要配套件,它的效能和***壞直接對高壓鈉燈的壽命、發光效率和自熄產生影響。高壓鈉燈鎮流器一般要求功率損耗小,安裝方便、牢固,具有良好的防水、防腐蝕和安全效能,在環境溫度 -40 ~ +45 ℃的條件下,能連續工作 12 小時以上。在額定電壓下用鎮流器測試燈泡功率與用規定的基準鎮流器測試燈泡功率相對比,其偏差應在± 7.

5% 範圍內。 必須重申: 不同規格的高壓鈉燈必須配用相應規格的鎮流器,燈泡與鎮流器不能任意配用,尤其小功率燈泡配用大功率鎮流器後,導致燈泡工作電流過大,縮短使用壽命,甚至會使燈泡燒毀。

在煤泡整個壽命期間,鎮流器的電壓——功率特性曲線必須在規定的燈泡電壓和功率極限範圍內變化。 (關於這方面的問題解決可以去參考

電壓 - 功率特性曲線

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