Ртутні лампи високого тиску з виправленою кольоровістю
Серед високоінтенсивних джерел світла, які застосовуються для загального освітлення, дугові ртутні лампи високого тиску з виправленою кольоровістю є найбільш розповсюдженими. Їх називають дуговими ртутними люмінесцентними (ДРЛ). Виготовляють їх найчастіше в чотириелектродному виконанні (мають два основні електроди і два допоміжні запалюючі) з червоним відношенням 6, 10 і 12 %. Значення червоного відношення вказуються в позначенні ламп цифрою в дужках. Хоч якість передачі кольору в ламп типу ДРЛ дещо поліпшена (колірний індекс Ra=22-42), проте вона у них залишається набагато гіршою, ніж у ЛЛ (Ra= 62-80 і більше). Тому лампи типу ДРЛ зазвичай використовують для зовнішнього освітлення, а також у промислових освітлювальних установках, що не вимагають високої якості передачі кольору.
Будова ламп типу ДРЛ схематично показана на рис. 4.11, а спектр їхнього випромінювання у видимій області - на рис. 4.12.
Рис. 4.11. Будова ламп типу ДРЛ: 1 - колба з люмінофорним покриттям; 2 - основні електроди; 3 - траверси (тримачі); 4 - ніжка; 5 - цоколь; 6 - резистори; 7 - пальник; 8 - допоміжний запалюючий електрод
Рис. 4.12. Спектр випромінювання ламп типу ДРЛ у видимій області
Основним елементом у лампі типу ДРЛ є розрядна трубка (пальник) 7. Вона за допомогою нікелевих траверс (тримачів) 3 закріплюється всередині колби, яка покрита шаром люмінофору. Колба ізолює пальник від навколишнього середовища. Завдяки ізолюючій колбі температура навколишнього середовища досить мало впливає на робочі характеристики ламп даного типу. Люмінофор, який нанесений на внутрішню поверхню їхніх колб, виправляє кольоровість випромінювання ртутного розряду .
У герметичний пальник введені дозована кількість ртуті та технічний аргон для полегшення запалювання розряду. Через те, що температура пальників ламп типу ДРЛ може досягати 700 - 750 oC, їх виготовляють з міцного, але і досить дорогого кварцового скла, допустима робоча температура якого може досягати 800 - 900 oC. В обидва кінці розрядної трубки заштамповані основні електроди 2. Як і у інших РЛВТ і РЛНВТ, їх виготовляють у вигляді вольфрамових стержнів (кернів), на які намотаний вольфрамовий дріт. Між витками цього дроту знаходиться активатор (емітер), який знижує роботу виходу електронів з електродів у катодний період їхньої роботи.
Допоміжні (запалюючі) електроди 8 виготовлені з тонкого вольфрамового дроту і для полегшення запалювання розряду віддалені від відповідного основного електрода на відстань всього 2 мм. Крім того, вони через резистори 6, які розташовані безпосередньо у лампі, з'єднані з протилежними основними електродами.
Оскільки температурні коефіцієнти лінійного розширення кварцу і металевого вводу в пальник істотно розрізняються, для забезпечення вакуумнощільного з’єднання вводи в місцях переходу через кварцову стінку виготовлені з молібденової фольги.
Колби ламп типу ДРЛ мають еліпсоподібну форму, їх виготовляють з термостійкого боросилікатного скла з температурою розм'якшення понад 600 °С. Для запобігання окислення вводів колби заповнюють інертним газом (технічним аргоном). Температура центральної частини колб в режимі світіння ламп - 220-280 °С. Нагрівання їх відбувається за рахунок поглинання частини випромінювання розряду шаром люмінофору і склом, а також за рахунок передачі тепла через газ. Тиск інертного газу вибирають таким, щоб під час роботи лампи він для компенсації механічного навантаження на колбу приблизно дорівнював тиску навколишнього середовища. Еліпсоподібна форма колби забезпечує досить рівномірний розподіл температури по її поверхні. Розміри цієї поверхні вибирають виходячи з оптимального теплового режиму люмінофору і залежно від потужності лампи.
Струм у лампах типу ДРЛ досягає усталених значень приблизно через 5-7 хв після вмикання. Характер змінювання струму Іл, потужності Рл, а також напруги на розрядному проміжку Сл і світлового потоку Ф у процесі розгорання таких ламп показаний на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Зміни струму Іл, потужності Рл, напруги на розрядному проміжку Uл, світлового потоку Ф лампи типу ДРЛ в процесі розгорання. При температурі навколишнього повітря 20-40 °С напруга запалювання ламп типу ДРЛ не перевищує 180 В. Ці лампи надійно запалюються від напруги електричної мережі при температурі навколишнього повітря до мінус 25 °С. При температурі повітря мінус 25 °С напруга їхнього запалювання не перевищує 205 В, а при температурі мінус 35 °С вона вже стає більшою за 220 В. При застосуванні запалюючих пристроїв лампи типу ДРЛ можуть надійно запалюватися при температурі навколишнього повітря до мінус 45 oC.
Повторне запалювання ламп типу ДРЛ безпосередньо після потухання можливе лише після їхнього охолодження до певної температури. Тривалість охолодження істотно залежить від потужності лампи, температури навколишнього повітря і умов роботи.
Зазвичай лампи типу ДРЛ остигають за 5-10 хв.
Охолодження РЛВТ і РЛНВТ, до яких належать і лампи типу ДРЛ, перед повторним запалюванням потрібне для того, щоб тиск пари ртуті у пальнику істотно знизився, оскільки напруга запалювання розряду при низькому тиску парів набагато нижча, ніж при високому, а головне - вона при охолодженні лампи стає меншою за напругу джерела живлення (напругу електричної мережі).
Світлова віддача ламп типу ДРЛ становить 45-60 лм/Вт, строк служби - 12 - 15 тис. год і більше й залежить від кількості вмикань.
У процесі роботи світловий потік і червоне відношення ламп типу ДРЛ знижуються. Для визначення змін світлового потоку і потужності цих ламп при повільній зміні напруги електричної мережі в границях ±(10 - 15) % від номінальної Um одержані такі емпіричні формули:
Характер змін світлового потоку Ф, потужності Рл, струму лампи Іл , напруги на розрядному проміжку Сл і світлової віддачі ηл при змінах напруги живлення См в границях ±10 % від номінальної UM , а також вплив відхилень напруги живлення від номінальної на строк служби τ для лампи типу ДРЛ, що працює з баластним дроселем, який увімкнений в електричне коло лампи послідовно, показаний на рис. 4.14.
Коли напруга між електродами ламп типу ДРЛ зникає більше ніж на половину періоду, то вони гаснуть через деіонізацію пари ртуті в пальнику. Вони також можуть погаснути при зниженні напруги живлення більше ніж на 10 % на час, довший, ніж два-три періоди змінювання напруги.
Хоч лампи типу ДРЛ можуть працювати у будь-якому положенні, але при горизонтальному положенні їхній світловий потік на 2 — 5 % менший, ніж при вертикальному. Пояснюється це змінами умов для конвективного теплообміну в лампі й вигинанням шнура розряду між електродами під дією конвекційних потоків газу і пари.
Рис. 4.14. Залежності світлового потоку Ф, потужності Рл, струму Іл, напруги на розрядному проміжку Uл, світлової віддачі nл і строку служби τ від відхилень напруги живлення від номінальної U для ламп типу ДРЛ
Розподіл світлового потоку ламп типу ДРЛ у просторі за зональними тілесними кутами характеризується істотною нерівномірністю. Коефіцієнт пульсації світлового потоку при живленні цих ламп від електричної мережі з частотою 50 Гц і роботі сумісно зі стандартним дроселем складає 60-74 %. Для зору подібні пульсації, що відбуваються з подвійною частотою електричної мережі, є мало помітними.