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(1)電特性

     和絕大多數(shù)其他放電燈一樣,高壓鈉燈有負伏-安特性,這意味著使用時需串聯(lián)電感性鎮(zhèn)流元件。①啟動。因為電弧管內(nèi)實際上不能裝輔助啟動電極,高壓鈉燈必須用高壓脈沖觸發(fā)高壓脈沖通常由限流線路中的電子觸發(fā)器提供,但燈內(nèi)若裝有自動開關,也可以利用扼流圈中的電感反向電勢。啟動電壓的脈沖寬度僅有幾個微秒,不過這個脈沖寬度已足以能在氣體中產(chǎn)生相應的電離,而使燈擊穿點燃?？刂齐娐?、燈頭、燈座以及燈本身的電絕緣性能,必須能承受脈沖電壓(對不同額定功率的燈,啟動脈沖電壓的峰值范圍一般為1.5~5 kV)。

     電源的瞬時中斷也會使燈熄滅,這時,電子觸發(fā)器會立即自動產(chǎn)生啟動脈沖,但是要等大約 30s的時間后,電弧管內(nèi)的蒸氣壓降落到啟動脈沖能使鈉原子電離的水平,才能使鈉燈重新啟動。但是,這個時間比起其他高氣壓放電燈來要短得多。為了使燈能熱啟動,必須對燈施加更高的脈沖電壓(一般為20kV),這也意味著對整個點燈電路需要更高的絕緣和對燈的特殊設計方法。

②趨向穩(wěn)定的過程。電弧產(chǎn)生時的電弧電壓很低,其原因是蒸氣壓較低,所以能量耗散也低。建立正常的工作氣壓需要幾分鐘的時間,并且這和燈的功率和光輸出密切相關,如圖3.3.5所示。國際電工委員會(IEC662)對高壓鈉燈的電壓趨穩(wěn)問題有詳細規(guī)定:即按照上述方法最佳設計的電弧管,既要具備滿足快速趨穩(wěn)要求,又必須達到正確的管壁功率負載條件。

圖3.3.5 高壓鈉燈趨向穩(wěn)定過程中特性隨電流的變化

③ 穩(wěn)定工作狀態(tài)。當燈點燃后并用規(guī)定的鎮(zhèn)流器和電源電壓時,高壓鈉燈的管壓應保持在某個范圍之內(nèi)。國際電工委員會(IEC662)在確定這個燈的管壓范圍時,考慮到引起燈

      對不同額定功率的燈,根據(jù)以下3個因素來選擇燈管的電壓值:a.高壓鈉燈燈管電壓管電壓變化的綜合效果。波形前沿的再啟動峰值要明顯地比高壓汞燈高,這意味著在相同的均方根燈電壓值下,高壓鈉燈的工作狀態(tài)較近于不穩(wěn)定,并且燈的功率因數(shù)較差;b.在壽命期間,高壓鈉燈有上升的燈管電壓特性;c.為了得到較高的鎮(zhèn)流器效率,希望燈管電流較低。

      因素a和因素b要求有較低的均方根值的燈管電壓,而因素c卻相反。因此,最后的擇還得折衷。當燈管功率減少時,在a中談到的作用會變得明顯,因此,選擇的燈管電壓

光源原理與設計(第三版)

      電源電壓的變化會造成燈電流和燈功率的變化,由此對燈的參數(shù)起很大的影響,燈在功率上的變化影響了燈內(nèi)汞齊儲存的溫度,從而改變了燈管內(nèi)的蒸氣壓,造成燈管電壓(功率)的進一步變化,直到建立另一個新的平衡為止。因為這個理由,燈的功率和光輸出都受供電必須比較低。電壓的強烈影響,所以鎮(zhèn)流器的選擇必須確保燈在整個壽命期間能穩(wěn)定工作(見圖3.3.6)還應該注意到,同樣的原因也發(fā)生在燈具,因而會影響燈的工作電壓、功率和光輸出。為此國際電工委員會對每一種類型的燈規(guī)定了最大“燈具電壓升高”的允許數(shù)值。

圖3.3.6 高壓鈉燈的工作特性與電源電壓變化的關系

④啟用電子鎮(zhèn)流器。高壓鈉燈也可與電子鎮(zhèn)流器一起工作,這會有下述好處:a.穩(wěn)定燈的電氣參數(shù)(特別是功率),并補償其他不穩(wěn)定過程,如整個壽命期內(nèi)鈉汞齊的冷端溫度:b.產(chǎn)生特殊的波形,其重復的脈沖和擊穿有利于激發(fā)放電過程中的動態(tài)特征,而在50~60Hz交流供電下,不會有這些特點;c.減少頻閃。

(2)光輸出

      高壓鈉燈光譜最突出的特點是鈉D線的自反轉(zhuǎn),這個覆蓋有限波長范圍的輻射分布,使燈有高的光效和黃白色的色表(相關色溫為2000K)。圖3.3.7所示的高壓鈉燈的兩個光譜圖,給出了汞作為緩沖氣體,以及低氣壓氙作為啟動氣體時的光譜輸出狀況,鈉蒸氣壓在光譜中的顯著作用也清晰可見。鈉和汞的比例,以及鈉汞齊的溫度決定了鈉和汞的蒸氣壓汞齊中鈉對汞的比例,在恒定的汞齊溫度下對光譜的形狀有影響,從而說明了汞齊對獲得燈的最大光效存在一個最佳比例。通過改變鈉汞比增加汞蒸氣壓力,就會在紅光區(qū)域產(chǎn)生較多的輻射,如果繼續(xù)提高汞的比例(譬如說占重量的 90%),會在降低光效的同時,使燈有粉紅的色表。相反,在固定的汞齊溫度下,當汞齊中鈉的比例很高時,會使高壓鈉燈有黃的色表,同樣也使燈的光效降低。

       在固定鈉、汞比例時,通過提高汞齊溫度來提高鈉的蒸氣壓會影響鈉光譜。如果鈉蒸氣壓高于最大光效時的鈉蒸氣壓,則在可見光譜的紅光和藍-綠光區(qū)域內(nèi)有較多的輻射,相應的光呈較白的色表,然而光效卻減低了,這是由于增加了紅光輻射和自反轉(zhuǎn)寬度的結(jié)果。根據(jù)應用的具體要求,在光效損失和較白的光色(增加顯色性)之間可以折衷地考慮。

圖3.3.7 不同鈉蒸氣壓下 400 W高壓鈉燈的光譜分布

      放電的顏色也會受到電弧單位長度功率的影響,這個影響隨電流的減少而減少。因此在一般情況下,低功率的燈泡和較高功率的燈泡相比,顏色向黃色移動,這是由于電弧溫度的降低造成了藍綠光輻射的損失。

      對高壓鈉燈而言,可以忽略低氣壓氙氣在光譜中的作用。然而,如果氣壓增加到10000Pa的話,它的確改變了擴展的D線的形狀,明顯影響了D線的綠色端,產(chǎn)生了略為偏離原來的色表和增加色溫的結(jié)果。

      脈沖式電子鎮(zhèn)流器的脈沖形式可使高壓鈉燈的光譜和色表產(chǎn)生異乎尋常的變化,造成沿放電軸線上平均溫度提高到遠比50Hz工作時高的一個水平。利用這個效應,可以使高壓鈉燈有更高色溫的白色色表和良好的顯色性。

     光效隨著高壓鈉燈功率的減少而減少,這部分是由于電弧功率負載的降低和增加了未端損失引起的,其相應關系如圖 3.3.8所示。

     在高壓鈉燈的壽命期間,會產(chǎn)生汞齊溫度和比例的變化,這會造成電弧中鈉和汞蒸氣壓漸進的變化。這個作用會使高壓鈉燈的顏色產(chǎn)生偏移,它可能是由于汞齊溫度的增加,使光變得更白;也可能是由于鈉的損失,而使光變成粉紅。這兩個變化都會導致燈的光效的降低。

(3)壽命

     高壓鈉燈的壽命可用燈的存活率曲線表示,這是指在正常燃點條件下,批量試驗的燈泡中仍能點燃的燈數(shù)。譬如,燈的壽命為24000h,這是指一批400W高壓鈉燈在燃點24000h后,仍能有50%的試驗燈能正常點燃。但是,存活率曲線的形狀隨工作條件變異而有所不同。譬如,由不正常氣候或快速開關周期所引起的過分波動,等等。

    燈管最終損壞的主要原因是由于燈管電壓升高到電源無法維持放電,這是由下列原因

圖3.3.8 燈的光效和功率的關系(標準型高壓鈉燈的數(shù)據(jù))

引起的:

①與電弧管內(nèi)組分(電極發(fā)射混合物、管壁材料和封接材料)的化學反應造成的鈉損失;

②)由于電弧管兩端發(fā)黑或電極損耗的增加,引起了汞齊溫度的提高。

工作電壓的逐漸升高,而導致了燈在其壽命終止時的不正?！把h(huán)”工作。在這種狀況下,燈點燃后,燈電壓上升,直到電源的電壓不能維持其放電時,隨即熄弧;然后燈冷卻,直到觸發(fā)脈沖使其能再點燃燈時,燈又點燃。這時,使燈進人連續(xù)的開關狀態(tài),每次間隔時間為幾分鐘。

這些影響的出現(xiàn)是很緩慢的,在整個壽命期間的速度也不同,從而使燈的存活率曲線形狀復雜化。至于燈在曲線最初階段的損壞,則是由偶然因素造成的,臂如說外泡殼泄漏和脫焊。

產(chǎn)品展示

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