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高压钠灯工作原理和应用

2016\11\7 星期一 12:04:33      点击:

高压钠灯(有时称为HPS灯)通常用作植物生长灯。它们还被广泛地用于户外区域照明,例如路灯和安全。了解人类色觉视觉灵敏度从明视到中观和暗视的变化对于设计道路照明时的正确规划至关重要。

当在明视光条件下测量时,高压钠灯是相当有效的约100LM/W。较高功率的灯(600W)具有150LM/W的效率。

由于高压钠电弧是化学反应性极为活泼,所以电弧管通常由半透明氧化铝制成。 这种结构使通用电气公司为他们的高压钠灯系列使用商品名“Lucalox”。

低压氙气在HPS灯中用作“起动器气体”。它具有最低的热导率和最低的所有非放射性惰性气体的电离电势。作为一种惰性气体,它不干扰操作灯中发生的化学反应。低热导率使得灯在工作状态下的热损失最小化,并且低电离电势使得气体的击穿电压在冷状态下相对低,这使得灯很容易启动。

高压钠灯工作原理和应用

办公楼被高压钠灯照亮效果

在1986年推出的高压钠灯的变化,白色SON具有比典型的HPS / SON灯更高的压力,产生约2700K的色温,CRI为85,非常类似于白炽灯的颜色。这些灯通常在咖啡馆和餐馆的室内使用以用于美学效果。然而,白色SON灯具有较高的购买成本,较短的寿命和较低的光效率,并且不能与HPS竞争。

高压钠灯工作原理和应用

高压钠灯工作原理示意图

高压钠灯工作原理和应用

点亮的高压钠灯

金属钠和汞的混合物位于灯的最冷部分,并且提供需要吸引电弧的钠和汞蒸汽。用灯功率很大程度上决定了混合物的温度。灯功率越高,混合温度越高。灯中的汞和钠蒸汽压力越高,端子电压越高。随着温度的升高,恒定的电流和增加的电压消耗增加能量,直到达到工作水平的功率。对于给定的电压,通常有三种操作模式:

1.灯泡熄灭,没有电流流过。

2.灯在管中用液体汞在管内工作的。

3.灯工作的所有汞合金蒸发。

第一和最后一个状态是稳定的,因为灯电阻弱相关的电压,但第二个状态是不稳定的。任何异常电流的增加都会导致功率的增加,造成银汞温度的增加,这将导致电阻的下降,这将导致电流的进一步增加。这将产生失控效应,与灯就会跳到高电流状态。因为实际的灯不是设计来处理这么多的功率,这将导致灾难性的故障。同样,电流的一个异常会导致灯熄灭。它是第二个状态,是所需的操作状态的灯,因为一个缓慢的损失,随着时间的推移从一个水库的混合将有更少的效果比完全蒸发的汞的灯的特性。其结果是超过20000小时的平均灯寿命。

在实际使用中,灯由与电感镇流器串联的AC电压源供电,以便向灯提供几乎恒定的电流,而不是恒定电压,从而确保稳定的操作。镇流器通常是电感的,而不是简单地是电阻性的,以使来自电阻损耗的能量浪费最小化。因为灯在AC周期中的每个零电流点处有效地熄灭,所以电感镇流器通过在零电流点处提供电压尖峰来辅助再点燃。

来自灯的光由原子发射线的汞和钠的,而是由钠D线发射支配。这条线是极其压力(共振)变宽,也是自逆转,因为电弧的冷却器外层吸收,给灯及其改进的显色特性。此外,D线发射的红翼是由扩大进一步压力范德华力从弧汞原子。

高压钠灯工作原理和应用

高压钠灯路灯

高压钠灯工作原理和应用

高压钠灯路灯特写

在寿命结束时,高压钠(HPS)灯表现出被称为循环的现象,由电弧中钠的损失引起。 钠是高反应性元素,并且在与电弧管的氧化铝的反应中损失。产品为氧化钠和铝:

6Na + Al2O3 → 3Na2O + 2Al

结果,这些灯可以在相对低的电压下启动,但是当它们在工作期间加热时,电弧管内的内部气体压力升高,并且需要越来越多的电压来维持电弧放电。随着灯变老,电弧的保持电压最终上升到超过电子镇流器输出的最大电压。 当灯加热到这一点时,电弧失效,灯熄灭。 最终,随着电弧熄灭,灯再次冷却,电弧管中的气体压力减小,并且镇流器可再次使电弧撞击。这样做的效果是,灯会发光一段时间,然后熄灭,通常从纯的或带蓝色的白色开始,然后在出去之前变成红橙色。

更复杂的镇流器设计检测循环并且放弃在几个周期之后尝试启动灯,因为需要重新启动电弧的重复的高压点火减少了镇流器的寿命。如果电源被移除并重新应用,镇流器将进行一系列新的启动尝试。

低压钠灯灯泡故障不会导致循环;相反,灯将不会触发或将保持启动阶段的钝的红色辉光。在另一种故障模式中,电弧管的微小刺破使一些钠蒸汽泄漏到外部真空灯泡中。钠凝结并在外玻璃上产生镜子,部分地遮蔽电弧管。灯常常继续正常工作,但是产生的大部分光被钠涂层遮蔽,不提供照明。

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