Газорозрядні лампи високого тиску ДРЛ (дугові ртутні люмінесцентні), ДРИ (дугові ртутні металлогенні) і ДНаТ (дугові натрієві) використовуються в сільському господарстві і промисловості в якості джерел видимого випромінювання. Ці лампи об'єднує принципова схожість конструкції, висока світлова віддача, великий термін служби, значна одинична потужність при порівняно невеликих габаритах.
Спільними елементами конструкції ламп високого тиску ДРЛ, ДРІ та ДНАТ є внутрішня пальник (газорозрядна трубка) з кварцового скла (в лампах ДНаТ з полі- або монокристаллической окису алюмінію), активовані самокалящіеся робочі і підпалюють електроди з токоподводами, обмежувальні резистори в ланцюзі підпалюють електродів, зовнішня колба і різьбовій цоколь для підключення лампи до мережі (рис. 8).
Зовнішня колба лампи служить для захисту пальника від пошкодження нагрітих висновків, токоподводов та інших металевих елементів від окислення, а так само зменшення впливу навколишнього середовища на тепловий режим пальника. На внутрішню поверхню зовнішньої колби при необхідності наносять різного роду люмінофорні покриття. Внутрішня пальник, в залежності від типу лампи, після ретельного знегажування заповнюється: 1) строго дозованою кількістю ртуті та спектрально-чистим аргоном (лампи ДРЛ), 2) дозованої сумішшю ртуті, аргону і галоїдних сполук металів, зокрема иодидов натрію, талія, індію , скандію, торію та ін. (лампи ДРІ), 3) дозованої сумішшю натрію, ртуті і ксенону (лампи ДНаТ).
Електричний розряд в пальнику починається при низькому тиску парів ртуті. Після запалювання дугового розряду відбувається розігрів пальника і інтенсивне випаровування ртуті, а також галоїдних з'єднань металу і натрію. Тиск парів в пальнику підвищується, що тягне зростання електричного опору між робочими електродами. Збільшення опору газорозрядної лампи супроводжується зменшенням струму в ланцюзі включення, збільшенням падіння напруги в ланцюзі лампи. Зростає потужність, споживана лампою, що випромінюється світловий потік і ККД. Процес розгоряння лампи триватиме до тих пір, поки ртуть, галоїдні сполуки металу і натрій повністю не випаруються, а температура пальника не стабілізується. При цьому стабілізуються всі електричні та світлотехнічні параметри, спостерігається стійкий режим роботи лампи. Тривалість процесу розгоряння газорозрядних ламп високого тиску не перевищує 10 хвилин, повторно запалити лампу можна лише після того як вона охолоне.
Лампи ДРЛ широко поширені для освітлення виробничих територій, будівельних майданчиків, проїзної частини доріг і вулиць. Вони бувають двохелектродні (пальник містить два робочих електрода) і чотириелектродні (в пальнику є два робочих і два підпалюють електрода).
Введення в пальник ламп ДРІ галоїдних сполук металів і можливості варіювання кількісного складу суміші в процесі виготовлення дозволило отримати спектр випромінювання, близький до природного навіть без застосування люмінофора на внутрішній поверхні зовнішньої колби. Однак лампи ДРІ з люмінофором на зовнішньої колбі забезпечують більш якісну передачу кольору.
Лампи ДНаТ (рис.9, а) мають світлову віддачу випромінювання зосереджено в жовто-помаранчевої області спектра. Таке випромінювання дозволяє розрізняти положення і форму об'єктів, але не забезпечує задовільну перенесення кольорів освітлюваних об'єктів. Останнє і визначає призначення ламп ДНаТ - освітлення вулиць і територій об'єктів. Для запалювання електричного розряду в лампах ДНаТ використовується імпульсний запалюючий пристрій (УІЗУ) (рис.9, б), що генерує в робочому режимі імпульс напруги з амплітудою 510¸4500 В. Схема підключення лампи ДНаТ представлена на рис. 9, ст.
Технічні дані газорозрядних ламп високого тиску наведені в додатку.
Розряди високого тиску більш компактні і мають більш високі електричні навантаження; тому, щоб витримати тиск і температуру, для них потрібні кварцові дугові трубки. Дугова трубка укладена в зовнішню скляну колбу з азотною або аргоно - азотної атмосферою для зниження окислення і іскріння. Колба ефективно фільтрує ультрафіолетове випромінювання від дугового трубки.
Все газорозрядні лампи високого тиску вимагають деякого часу для виходу на повну світловіддачу. Початковий розряд відбувається через провідний газовий заповнювач, і метал випаровується в міру зростання температури лампи.
При стабільному тиску без спеціального пристрою управління лампа відразу ж знову не запуститься. Проходить деякий час, протягом якого лампа остигає до потрібної температури і тиск зменшується, щоб нормальне напруга живлення або підпалюють схема відповідали для повторного виникнення дуги.
Газорозрядні лампи мають негативну характеристику опору, так що для управління струмом необхідна наявність зовнішнього пристрою управління. Наявність компонентів пристрою управління викликає деякі втрати, тому користувач повинен враховувати загальну потужність при розгляді експлуатаційних витрат і витрат на електричну установку. Для ртутних ламп високого тиску існує виняток. Ртутні лампи бездроссельного включення (ДРВ, HWL) мають вольфрамову нитку, яка діє і як пристрій для обмеження струму і додає теплі кольори до блакитного і зеленого розряду. Це дозволяє здійснювати пряму заміну ламп розжарювання.
Встановити напругу 220 В. Через кожні 30 секунд проводити вимірювання потужності споживаної лампою і схемою, струму ланцюга, напруги на дроселі та лампі, освітленість на площині і в контрольній точці. Типи ламп для досліджень задаються викладачем. Результати вимірювань і розрахунків записати в табл. 4.
3.3. Дослідження зміни електротехнічних і світлотехнічних параметрів лампи при відхиленні напруги мережі від номінального.
3.4. Після розгоряння лампи змінити напруга живлення мережі, почекати стабілізації параметрів лампи і визначити зміни електротехнічних і світлотехнічних параметрів джерела випромінювання. Досвід зробити при напрузі живлення 220, 210, 200 В і т.д. до згасання лампи. Результати досліджень записати в табл. 5.
За результатами дослідів і розрахунків на міліметрівці побудувати графічні залежності зміни струму, напруги, активної потужності і коефіцієнта потужності при розгоряння лампи і відхиленні напруги мережі від номінального.
У висновку звіту необхідно сформулювати висновки у вигляді відповідей на такі питання:
1. Як і чому змінюються електротехнічні та світлотехнічні параметри досліджуваних газорозрядних ламп високого тиску при розгоряння?
2. Як впливає відхилення напруги живлення від номінального значення на електричні, світлотехнічні та експлуатаційні параметри газорозрядних ламп високого тиску?
3. Чому, при відхиленні напруги живлення від номінального значення змінюються електричні, світлотехнічні та експлуатаційні параметри газорозрядних ламп високого тиску?
Залежність світлотехнічних і електричних параметрів газорозрядної лампи від напруги живлення мережі
4. Контрольні питання
4.1. Принцип дії і пристрій газорозрядних ламп високого тиску типу ДРЛ; натрієвих типу ДНаТ; металогалогенних типу ДРІ.
4.2. Основні електричні, світлотехнічні та експлуатаційні параметри газорозрядних ламп високого тиску. Діапазони напруг і шкали номінальних потужностей, що випускаються промисловістю даного тину ламп.
4.3. Основні відмінності в пристрої газорозрядних ламп високого тиску типів ДРЛ, ДРІ та ДНАТ.
4.4. Переваги та недоліки ламп ДРЛ, ДРІ та ДНАТ в порівнянні з іншими джерелами оптичного випромінювання.
4.5. Додаткові пристрої для запалювання ламп ДРЛ, ДРІ та ДНАТ. Поясніть принцип роботи запалюють пристроїв.
4.6. Структура умовного позначення пускорегулювальних апаратів для газорозрядних ламп високого тиску.
Технічні дані газорозрядних ламп високого тиску