מנורות נתרן בלחץ גבוה מודרניות

מנורות נתרן בלחץ גבוה (HPL) הן אחד ממקורות האור היעילים ביותר וכבר היום בעלות יעילות אור של עד 160 lm/W בהספקים של 30 — 1000 W, חיי השירות שלהן יכולים לעלות על 25,000 שעות. גודלו הקטן של גוף האור והבהירות הגבוהה של מנורות נתרן בלחץ גבוה מרחיבים משמעותית את אפשרויות היישום שלהן במכשירי תאורה שונים עם פיזור אור מרוכז.

בדרך כלל, מנורות נתרן בלחץ גבוה פועלות עם נטל אינדוקטיבי או אלקטרוני. מנורות נתרן בלחץ גבוה נדלקות באמצעות מצתים מיוחדים הפולטים פולסים של עד 6 קילו וולט. זמן ההדלקה של המנורות הוא בדרך כלל 3 עד 5 דקות.

היתרונות של מנורות נתרן מודרניות בלחץ גבוה כוללים ירידה קטנה יחסית בשטף האור במהלך חיי השירות, אשר, למשל, עבור מנורות בעלות הספק של 400 ואט היא 10-20% ב-15 אלף שעות עם שריפה של 10 שעות. מחזור. עבור מנורות הפועלות בתדירות גבוהה יותר, הירידה בשטף האור עולה בכ-25% עבור כל הכפלה של המחזור.אותו יחס חל לחישוב הפחתת חיי השירות.

מקובל בדרך כלל כי מנורות אלו משמשות כאשר חיסכון חשוב יותר משחזור צבע מדויק. האור הצהוב החם שלהם מתאים למדי להארת פארקים, מרכזי קניות, כבישים, וגם במקרים מסוימים לתאורה אדריכלית דקורטיבית (מוסקבה היא דוגמה מצוינת לכך). התפתחות מקורות האור הללו בעשור האחרון הובילה להרחבה דרמטית של אפשרויות השימוש בהם עקב הופעת סוגי פלט חדשים, כמו גם מנורות ומנורות בעלות הספק נמוך עם עיבוד צבע משופר.

1. מנורות נתרן בלחץ גבוה עם עיבוד צבע משופר

מנורות נתרן בלחץ גבוה הן כיום הקבוצה היעילה ביותר של מקורות האור. עם זאת, למנורות נתרן סטנדרטיות בלחץ גבוה יש מספר חסרונות, אשר, קודם כל, יש צורך לשים לב למאפייני עיבוד הצבע הידרדרים בבירור, המאופיינים במדד עיבוד צבע נמוך (Ra = 25 - 28) וצבע נמוך טמפרטורה (Ttsv = 2000 - 2200 K).

קווי תהודה הנתרן המורחבים גורמים לפליטת צהוב זהוב. עיבוד הצבע של מנורות נתרן בלחץ גבוה נחשב משביע רצון עבור תאורה חיצונית, אך לא מספיק עבור תאורה פנימית.

השיפור בביצועי הצבע של מנורות נתרן בלחץ גבוה נובע בעיקר מעלייה בלחץ אדי הנתרן במבער ככל שהטמפרטורה של האזור הקר או תכולת הנתרן של האמלגם עולה.(אמלגם - מתכת נוזלית, נוזלית למחצה או קרביד עם כספית), הגדלת קוטר צינור הפליטה, החדרת תוספים מקרינים, מריחת זרחנים וציפוי הפרעה על הנורה החיצונית והזנת המנורות בזרם פועם בתדר גבוה. הירידה בשטף האור מפוצה על ידי עלייה בלחץ הקסנון (כלומר, ירידה במוליכות הפלזמה).

מומחים רבים עובדים על הבעיה של שיפור ההרכב הספקטרלי של הקרינה של מנורות נתרן בלחץ גבוה, ומספר חברות זרות כבר מייצרות מנורות איכותיות עם פרמטרי צבע משופרים. לכן, במינוח של חברות מובילות כמו ג'נרל אלקטריק, Osram, Philips יש קבוצה רחבה של מנורות נתרן עם תכונות עיבוד צבע משופרות.

מנורות כאלה עם אינדקס עיבוד צבע כללי Ra = 50 - 70 בעלות יעילות אור נמוכה ב-25% ומחצית מחיי השירות בהשוואה לגרסאות סטנדרטיות. ראוי לציין כי הפרמטרים העיקריים של מנורות נתרן בלחץ גבוה חשובים למדי לשינויים במתח האספקה. אז, עם ירידה במתח האספקה ​​ב-5-10%, הכוח, שטף האור, Ra מאבדים מ-5 עד 30% מהערכים הנומינליים שלהם, וכאשר המתח עולה, חיי השירות יורדים בחדות.

ניסיונות למצוא אנלוגי חסכוני של מנורת ליבון הובילו ליצירת דור חדש של מנורות נתרן. לאחרונה, הופיעה משפחה של מנורות נתרן בעלות הספק נמוך עם עיבוד צבע משופר. פיליפס הציגה סדרה של מנורות SDW 35-100W עם Ra = 80 ו-chroma הפליטה קרובה לזו של מנורות ליבון. יעילות האור של המנורה היא 39 - 49 lm / W, ומערכת המנורה - נטל 32 - 41 lm / W.מנורה כזו יכולה לשמש בהצלחה ליצירת מבטאים אור דקורטיביים במקומות ציבוריים.

° מגוון מנורות OSRAM COLORSTAR DSX, יחד עם יחידת הבקרה האלקטרונית POWERTRONIC PT DSX, היא מערכת תאורה חדשה לחלוטין המאפשרת, באמצעות אותה מנורה, לשנות את טמפרטורת הצבע. שינוי טמפרטורת הצבע מ-2600 ל-3000 K ובחזרה נעשה באמצעות נטל אלקטרוני עם מתג מיוחד. זה מאפשר לך ליצור פנים קליל לתערוכות המוצגות בוויטרינות התואמות לשעה ביום או לעונה. המנורות בסדרה זו ידידותיות לסביבה, מכיוון שאינן מכילות כספית. עלות התקנת תאורה העשויה ערכות כאלה גבוהה פי 5-6 מזו של מנורות הלוגן ליבון.

גרסה שונה של מערכת COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, פותחה לתאורת חוץ. יחד עם נטל מיוחד, ניתן להפחית את שטף האור של המערכת ל-50% מהערך הנומינלי. גם סדרת מנורות זו אינה מכילה כספית.

מנורות נתרן בלחץ גבוה בהספק נמוך

בין מנורות הנתרן בלחץ גבוה המיוצרות כיום, החלק הגדול ביותר נופל על מנורות בעלות הספק של 250 ו-400 וואט. בהספקים אלו, יעילות המנורות נחשבת למקסימלית. אולם לאחרונה חלה עלייה משמעותית בעניין במנורות נתרן בהספק נמוך עקב הרצון לחסוך בחשמל על ידי החלפת מנורות ליבון במנורות פריקה בהספק נמוך בתאורת פנים.

ההספק המינימלי של מנורות נתרן בלחץ גבוה שהושגו על ידי חברות זרות הוא 30 - 35 וואט.מפעל מנורות פריקת הגז בפולטבה שלט בייצור מנורות נתרן בעלות הספק נמוך בהספק של 70, 100 ו-150 וואט.

קשיים ביצירת מנורות נתרן בעלות הספק נמוך קשורים למעבר לזרמים וקטרים ​​קטנים של צינורות פריקה, כמו גם עם עלייה באורך היחסי של אזורי האלקטרודות בהשוואה למרחק בין האלקטרודות, מה שמוביל לגובה גבוה מאוד. רגישות המנורה למצב האספקה, לסטיות במידות התכנון של צינור הפליטה והצינורות ואיכות החומרים. לכן, בייצור מנורות נתרן בעלות הספק נמוך, מוגברות הדרישות לעמידה בסובלנות לממדים הגיאומטריים של מכלולי צינור הפליטה, לטוהר החומרים ולדיוק המינון של אלמנטי המילוי. טכנולוגיות בסיסיות כבר קיימות כדי לשלוט בייצור המוני של מקורות אור חסכוניים ועמידים לאורך זמן.

OSRAM מציעה גם סדרה של מנורות בעלות הספק נמוך שאינן דורשות מצת (הצורבים מכילים תערובת Penning). עם זאת, יעילות האור שלהם נמוכה ב-14-15% מזו של מנורות סטנדרטיות.

אחד היתרונות של מנורות שאינן דורשות מצת דופק היא היכולת להתקין אותן במנורות כספית (בתנאים הכרחיים אחרים). לדוגמה, מנורת NAV E 110 עם שטף אור של 8000 lm ניתנת להחלפה למדי עם מנורת כספית מסוג DRL -125> עם שטף אור נומינלי של 6000 - 6500 lm. פיתוחים פנימיים דומים שימשו זה מכבר בארצנו. נכון להיום, LISMA OJSC, למשל, מייצרת מנורות DNaT 210 ו-DNaT 360, המיועדות להחלפה ישירה ל-DRL 250 ו-DRL 400, בהתאמה.

NLVD ללא כספית

בשנים האחרונות נעשו מאמצים בולטים בתחום הגנת הסביבה במדינות רבות. תחום אחד במאמצים אלו הוא להפחית או למנוע את התרחשותן של תרכובות רעילות של מתכות כבדות (למשל, כספית) במוצרים מוגמרים תעשייתיים. לפיכך, מדי חום רפואיים המכילים כספית מוחלפים בהדרגה במדחום נטולי כספית.

אותה מגמה רווחת בתחום טכנולוגיות ייצור מקור האור. תכולת הכספית במנורת פלורסנט של 40 וואט ירדה מ-30 מ"ג ל-3 מ"ג. במקרה של מנורות נתרן בלחץ גבוה, תהליך זה אינו מתקדם כל כך מהר, גם משום שכספית מגבירה מאוד את היעילות של מקורות האור הללו, המוכרים כחסכוניים ביותר כיום.

נראה שלמנורות קיימות ומתפתחות נטולות כספית יש עתיד מזהיר. סדרת מנורות Osram COLORSTAR DSX שהוזכרה כבר אינה מכילה כספית, וזה הישג גדול של החברה. מנורות אלו, יחד עם נטל אלקטרוני מיוחד, הן מערכות ייעודיות בהן יעילות ופשטות אינן בראש סדר העדיפויות.

קו המנורות ללא כספית של סילבניה כבר מזמן מפורסם. היצרן מקדיש תשומת לב מיוחדת לתכונות עיבוד הצבע המשופרות, ומשווה אותם לאנלוגים סטנדרטיים של הייצור שלו.

לא כל כך מזמן פורסם הפיתוח של מהנדסים מ-Matsushita Electric (יפן), שהוא NLVD נטול כספית עם עיבוד צבע גבוה שאינו מצריך נטל דופק מיוחד.

בתום חיי השירות של מנורה מסורתית, צבע הקרינה מקבל גוון ורדרד, עקב שינוי ביחס של נתרן לכספית באמלגם.גוון זה אינו יוצר רושם נעים במיוחד, בניגוד לצבע הצהבהב של מנורת הבדיקה באותם תנאים. ככל שטמפרטורת הצבע עולה, Ra תחילה עולה לרמה מקסימלית (ב-T = 2500 K), ואז יורד.

כדי לצמצם את הסטייה, המפתחים שינו את לחץ הקסנון ואת הקוטר הפנימי של המבער. הגיע למסקנה כי הסטייה מקו הגוף השחור יורדת עם עלייה בלחץ הקסנון, אך מתח ההצתה עולה. בלחץ של 40 kPa, מתח ההצתה הוא כ-2000 וולט, אפילו תוך התחשבות בנוכחות של מעגל כדי להקל עליו. כאשר הקוטר הפנימי משתנה מ-6 ל-6.8 מ"מ, הסטייה מהקו השחור של הגוף פוחתת, אך יעילות האור פוחתת, דבר שאינו מקובל עבור המשימה העומדת על הפרק.

מנורת נתרן גבוהה ללא כספית בעלת כמעט אותם מאפיינים כמו המקבילה המכילה כספית. למנורה נטולת כספית יש פי 1.3 אורך חיים.

מנורות תאורה בלחץ גבוה של 150 וואט עם אינדקס עיבוד צבע גבוה: a - ללא כספית, b - הגרסה הרגילה.

מנורות נתרן בלחץ גבוה עם שני מבערים

ההופעה האחרונה של דגימות סדרתיות של מנורות נתרן בלחץ גבוה עם מבערים מחוברים מקבילים ממספר יצרנים מובילים מעידה על כך שהכיוון הזה מבטיח, שכן פתרון כזה לא רק תורם להגדלה משמעותית של חיי המנורה, אלא גם מסיר את המורכבות. של הצתה מחדש מיידית, מרחיב את הפוטנציאל לשילוב מבערים בעלי עוצמה שונה, הרכב ספקטרלי וכו'.

למרות חיי השירות המוצקים המוצהרים, יש לגשת בזהירות לשאלת העמידות של מנורות אלה.חיי השירות של מנורה כזו מוכפלים באמת רק אם מנורות המבערים נדלקות ברציפות לאורך כל חיי המנורה. אחרת, בסוף המשאב, המבער הפועל לעתים קרובות מתחיל לעקוף חלקית את השני (תופעה זו נקראת לפעמים "דליפה" חשמלית; במקרה זה, הגז הנדיר בנורה החיצונית נשבר על ידי המתח של פעימות ההצתה ), ולכן עלולים להתעורר קשיים עם הדלקתו.

מנורות נתרן בלחץ גבוה עם מצת מתח גבוה

מהנדסים יפנים (Toshiba Lighting & Technology מציעים פתרון אופטימלי, מבחינתם, לביטול התופעות הנ"ל במנורה בעלת שני מבערים. עיצוב המנורה מכיל שני גשושי הצתה המבטיחים הדלקה של מבער מסוים כאשר זה מסופק פולסים חיוביים או שליליים. נטלים עבור מנורות כאלה מכילים שני פיתולים המעגל הוא די פשוט וזול. בשל עיצוב זה, מנורות המבער נדלקות לסירוגין. ההצתה המתחלפת של המבערים מבטיחה פחות "הזדקנות" של את המבערים ומגדילה משמעותית את העבודה הכוללת. מהנדסים מאותה חברה מציעים מנורה עם מצת מובנה שאינה דורשת ערכת בקרה מורכבת.

כמה מגמות בפיתוח מנורות נתרן בלחץ גבוה

באילו כיוונים מחפשים מעצבים וחוקרים פתרונות יעילים למנורות נתרן בלחץ גבוה? כדי לענות על שאלה זו, עלינו להתייחס תחילה לחסרונות הברורים של מנורות אלו הקשורות לנוחות חזותית, לפשטות ולבטיחות החשמלית הדרושה של הבנייה.ביניהם, ניתן להבחין במספר עיקריים: תכונות עיבוד צבע גרועות, פעימה מוגברת של שטף האור, מתח הצתה גבוה ואפילו יותר - הצתה מחדש.

אם לשפוט לפי המאפיינים של מנורות עם עיבוד צבע גבוה, המפתחים הצליחו להתקרב לאופטימלי עבור קבוצה זו של מקורות אור. המאבק באדוות קרינה, המגיע ל-70-80% בנורות נתרן בלחץ גבוה, מתבצע בדרך כלל בשיטות נפוצות, כמו החלפת מנורות בשלבים שונים של הרשת (במתקנים עם מנורות רבות) ואספקת זרם בתדר גבוה. . השימוש בנטלים אלקטרוניים מיוחדים מבטל כמעט בעיה זו.

מכשירי ההצתה הדופק (IZU) המשמשים כיום עם רוב ערכות NLVD - PRA מסבכים את פעולת המנורות ומייקרים את עלות המנורה - ערכת PRA. פעימות הצתה של IZU משפיעות לרעה על הנטל והמנורה, ישנם כשלים מוקדמים של מכשירים אלה. לכן, מפתחים מחפשים דרכים להפחית את מתח ההצתה, מה שמאפשר לך לנטוש את ה-IZU.

הבעיה של מתן הצתה מחדש מיידית נפתרת בדרך כלל בשתי דרכים. אפשר להשתמש במצתים הפולטים פולסים בעלי משרעת מוגברת, או להשתמש במנורת שני מבערים המוזכרת, שאינה מצריכה מכשירים כאלה.

חיי השירות של מנורות נתרן נחשבים הארוכים ביותר מבין מקורות האור בעוצמה גבוהה. עם זאת, בתחום זה מעצבים רוצים להשיג את הטוב ביותר.ידוע כי חיי השירות והירידה בשטף האור במהלך הפעולה תלויים בקצב יציאת הנתרן מהמבער. דליפת נתרן מהפריקה מובילה להעשרת הרכב האמלגם בכספית ולעלייה במתח המנורה ל- (150 — 160 V) עד לכבותה. מחקר, פיתוח ופטנטים רבים הוקדשו לבעיה זו. בין הפתרונות המוצלחים ביותר, ראוי לציין את מתקן האמלגם מבית GE, המשמש במנורות סדרתיות. עיצוב המתקן מבטיח זרימה מוגבלת בהחלט של נתרן אמלגם בצינור הפריקה לאורך כל חיי המנורה. כתוצאה מכך, חיי השירות גדלים, הכהות קצוות הצינור מצטמצם, ושטף האור נשאר כמעט קבוע (עד 90% מהערך המקורי).

כמובן שהמחקר והשיפור של מנורות נתרן בלחץ גבוה עדיין לא הסתיימו, ולכן יש לצפות לפתרונות חדשים, אולי בלעדיים, במשפחה גדולה של מקורות האור המבטיחים הללו.

חומרים משומשים מהספר "חיסכון באנרגיה בתאורה". אד. פרופ' י.ב. אייזנברג.