Искусственные источники освещения, использующие для выработки световых волн электрический разряд газовой среды в парах ртути, называют газоразрядными ртутными лампами.
Газ, закачанный в баллон, может находиться под низким, средним или высоким давлением. Низкое давление применяется в конструкциях ламп:
- линейных люминесцентных;
- компактных энергосберегающих:
- бактерицидных;
- кварцевых.
Высокое давление используется в лампах:
- дуговой ртутной люминофорной (ДРЛ);
- металлогенной ртутной с излучающими добавками (ДРИ) галогенидов металлов;
- дуговой натриевой трубчатой (ДНаТ);
- дуговой натриевой зеркальной (ДНаЗ).
Их устанавливают в тех местах, где необходимо освещать большие территории с малыми затратами электроэнергии.
Лампа ДРЛ
Особенности конструкции
Устройство лампы, использующей четыре электрода, схематично показано на картинке.
Устройство лампы ДРЛ
Ее цоколь, как и у обычных моделей, служит для подключения к контактам при вкручивании в патрон. Стеклянная колба герметично защищает все внутренние элементы от внешних воздействий. В ней закачан азот и размещены:
кварцевая горелка;
электрические проводники от контактов цоколя;
два токоограничивающих сопротивления, вмонтированные в цепь дополнительных электродов
слой люминофора.
Горелка выполнена в форме герметичной трубки из кварцевого стекла с закачанным аргоном, в которую помещены:
две пары электродов — основной и дополнительный, расположенные на противоположных концах колбы;
небольшая капелька ртути.
Аргон — химический элемент, который относится к инертным газам. Его получают в процессе разделения воздуха при глубоком охлаждении с последующей ректификацией. Аргон — одноатомный газ без цвета и запаха, плотность 1,78 кг/м3, tкип = –186 °С. Аргон применяют как инертную среду в металлургических и химических процессах, в сварочной технике (см. электродуговая сварка), а также в сигнальных, рекламных и др. лампах, дающих синеватый свет.
Принцип действия ламп ДРЛ
Источником света ДРЛ является разряд электрической дуги в среде аргона, протекающий между электродами в кварцевой трубке. Он возникает под действием приложенного к лампе напряжения в два этапа:
1. первоначально между близкорасположенными основным и зажигающим электродами начинается тлеющий разряд за счет движения свободных электронов и положительно заряженных ионов;
2. образование внутри полости горелки большого количества носителей зарядов приводит к быстрому пробою среды азота и образованию дуги через основные электроды.
Стабилизация пускового режима (электрического тока дуги и света) требует времени порядка 10-15 минут. В этот промежуток ДРЛ создает нагрузки, значительно превышающие токи номинального режима. Для их ограничения применяется пускорегулирующее устройство — дроссель.
Излучение дуги в парах ртути имеет голубой и фиолетовый оттенок и сопровождается мощным ультрафиолетовым излучением. Оно проходит через люминофор, смешивается с образуемым им спектром и создает яркий свет, приближенный к белому оттенку.
ДРЛ чувствительна к качеству питающего напряжения, а при его снижении до 180 вольт тухнет и не зажигается.
Во время дугового разряда создается высокая температура, передающаяся всей конструкции. Она влияет на качество контактов в патроне и вызывает нагрев подключенных проводов, которые из-за этого используют только с термостойкой изоляцией.
При работе лампы давление газов в горелке сильно увеличивается и осложняет условия для пробоя среды, что требует повышения приложенного напряжения. Если питание отключить и подать, то сразу лампа не запустится: ей надо остыть.
Схема подключения лампы типа ДРЛ
Четырехэлектродная ртутная лампа включается в работу через дроссель и предохранитель.
Схема подключения ламп ДРЛ
Плавкая вставка защищает схему от возможных коротких замыканий, а дроссель ограничивает ток, проходящий через среду кварцевой трубки. Индуктивное сопротивление дросселя подбирается по мощности светильника. Включение лампы под напряжение без дросселя приводит к ее быстрому перегоранию.
Конденсатор, включенный в схему, компенсирует реактивную составляющую, вносимую индуктивностью.
Лампа ДРИ
Особенности конструкции
Внутреннее устройство лампы ДРИ очень похоже на то, которое используется У ДРЛ.
Устройство лампы ДРИ
Но в ее горелке введена определенная доза добавок из гапогенидов металлов индия, натрия, таллия или некоторых других. Они позволяют увеличить выделение света до 70-95 лм/Вт и более с хорошей цветностью.
Колба выполняется в форме цилиндра или эллипса, показанного на рисунке ниже.
Прожектор с лампой ДРИ
Материалом горелки может быть кварцевое стекло или керамика, которая обладает лучшими эксплуатационными свойствами: меньшее затемнение и больший срок службы.
Форма горелки в виде шара, используемая в современных конструкциях, повышает светоотдачу и яркость источника.
Принцип действия
Основные процессы, происходящие при выработке света ламп ДРИ и ДРЛ совпадают. Отличие состоит в схеме зажигания. ДРИ не может запуститься в работу от приложенного напряжения сети. Ей этой величины недостаточно.
Для создания дугового разряда внутри горелки необходимо к межэлектродному пространству приложить высоковольтный импульс. Его образование возложено на ИЗУ — импульсное зажигающее устройство.
Как работает ИЗУ
Принцип действия устройства создания высоковольтного импульса условно можно представить упрощенной принципиальной схемой.
Принцип работы ИЗУ
Рабочее напряжения питания подводится на вход схемы. В цепочке диода D, резистора R и конденсатора C создается зарядный ток емкости. По окончании заряда через конденсатор выдается импульс тока сквозь открывшийся тиристорный ключ в обмотку подключенного трансформатора Т.
В повышающей напряжение выходной обмотке трансформатора создается высоковольтный импульс величиной до 2-5 кВ. Он поступает на контакты лампы и создает дуговой разряд газовой среды, обеспечивающий свечение.
Схемы подключения лампы типа ДРИ
Устройства ИЗУ выпускаются для газоразрядных ламп двух модификаций: с двумя или тремя выводами. Для каждого из них создается своя схема подключения. Она приводится прямо на корпусе блока.
При использовании двухконтактного устройства фаза сети через дроссель подключается к центральному контакту цоколя лампы и одновременно на соответствующий вывод ИЗУ.
Схема подключения лампы ДРИ с двухконтактным ИЗУ
Нулевой провод подводится на боковой контакт цоколя и свой вывод ИЗУ.
У трехконтактного устройства схема подключения нуля остается такой же, а подвод фазы после дросселя изменяется. Она подключается через два оставшихся вывода на ИЗУ, как показано на картинке ниже: вход на устройство осуществляется через клемму «В», а вывод на центральный контакт цоколя через — «Lp».