Способ питания газоразрядной лампы высокого давления

 

679173

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Респубев

4 (61) Дополнительный к патенту (51) М. Кл. (22) ЗаявлЕио 14.01.77 (21) 2439814/24-07 (23) Приоритет - (32) 16.01.76

Н 05 В 41/30

Государственный ноинтет

СССР по делам изобретеннй н открытнй (31) 649900 (331 США (53) УДК

621.3.032.4 (088.8) Опубликовано 05.08.79. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 05.08.79 (72) Автор изобретения

Иностранец

Митчел Монроу Остин (CIIlA) Иностранная фирма

"Дженерал Электрик Компани" (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ ВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к натриевым газоразрядным лампам высокого давления. Предлагается способ литания лампы, позволяющей существенно повысить цветовую температуру без снижения общего светового потока и световой отдачи, а также улучшить цветопередачу при некотором снижении световой отдачи лампы.

Натриевые газоразрядные лампы высокого давления достаточно хорошо известны и широко применяются для освещения улиц, шоссе и площадей (1). Такие лампы состоят из разрядной стеклянной трубки из окиси алюминия, в которой содержится определенное количество натрия или натрия и ртути и которая снаружи закрыта соответствующей стеклянной оболочкой. Лампы работают от сети переменного тока с частотой 60 Гц через балластное сопротивление, ограничивающее ток лампы и подводимую к ней мощность в зависимости от величины номинальной мощности пампы.

Световой поток лампы, определяемый излучением разряда в парах натрия или парах натрия и п3р3х ртути, обусловлен по гги исключительно возбуждением атома натрия п1 и его самообращении и расширении спектральной линии натрия tl 589 им

В-лампах, содержащих ртуть, пары ртути образуют буфферный гаэ, который увеличиваст перепад напряжения и тем самым повышает световую отдачу лампы, не создавая при этом >п какой эмиссии. Из-эа этого у таких ламп световая отдача составляет в эависимотси от размера лампы 75 — 130 люмен/Вт и возрастает с ростом мощности от 70 вт ло 1000 Вт. При

1р этом цветовая температура лампы составляет всего 2000 — 2100 К, а индекс цветопередачи—

10 — 20. В результате этого при необходимости различения цвета объекта во всех частях спектра при применении обычных ламп происходит

1а смешение цветов в конце холодной части спектра (фиолетовый или синий и частично" зеленый) .

Такие лампы годятся для наружного освещения и совсем не годятся для внутреннего, 20 особенно в тех случаях, когда требуется четко различать определенные цвета объектов.

Известно, что цветопередачу натриевой газоразрядной лампы высокого давления можно улучшить за счет увеличения давления паров

679173

О

3 натрия при одновременном снижении световой отдачи лампы.

Увеличение давления паров натрия равносильно повышению мощности лампы и предполагает работу лампы в режиме повышенной (против номинальной) мощности, при этом цветовую температуру можно увеличить лишь за счет потери световой отдачи лампы, равной

10 люмен/Цт на каждые 100 К при цветовых температурах выше 2100 К. Однако работа лампы в режиме повышенной мощности сопровождается повышенными потерями натрия, что приводит к более быстрому подьему напряжения и потемнению наружной оболочки и тем самым к сокращению срока службы лампы (2).

Цветопередачу лампы можно улучшить также, осуществляя питание лампы определенным способом.

Известен способ питания газоразрядной лампы высокого давления, имеюшей иатриевой наполнение внутри баллона, при котором иа лампу подают электрические импульсы номинальной мощности.

В этих системах импульсная работа исполь зуется только для того, чтобы при низкой средней подводимой к лампе мощности увеличить ее мгновенное нагружение. Продолжительность импульсов при этом не имеет существенного значения, и импульсы должны быть достаточно короткими для того, чтобы обшая температура лампы во время одиночного импульса существенно не увеличивалась. Поэтому такие лампы работают от напряжения низкой частоты, обычные иа частоте 60Гц,, т.е, иа частоте обычных сетей, или же иа частоте

12С Гц,когда импульс генерируется на полупериоде переменного напряжения сети.

При этом не происходит улучшения индекса цветопередачи и повышения цветовой температуры.

Целью изобретения является создание способа питания газоразрядной пампы высокого давления, имеющей натриевое наполнение, обеспечивающего повышение цветовой температуры лампы без снижения ее эффективности.

Указанная цель достигается тем, что в способе литания газоразрядной лампы высокого давления, имеюшей натриевое наполнение внутри баллона, снабженного разнесенными электродами, заключающемся в подаче на лампу электрических импульсов номинальной мощности, новым является то, что электрические импульсы подают на лампу с частотой 500 — 2000Гц и с длительностью 10 30_#_ периода првторения импульсов.

Способ основан ха том, что ири подходе к лампе переднего фронта импульса с крутым подьемом и во время его действия происхо!

4 дит сопровождающееся существенной эмиссией возбуждение более высоких состояний натрия, а в лампах, содержаших ртуть, появление заметного излучения ртути. При импульсной работе лампы происходит повышение цветовой температуры и улучшение цветового индекса лампы, что обусловлено эмиссией нескольких натриевых линий и сплошным излучением в видимой, в частности сине-зеленой, части спектра, а также эмиссией ртутных линий. Этот световой иоток добавляется к нормальному свету, связанному с самообращением и расширением натриевых Д линий.

Подводимая к лампе между импульсами мощность должна быть практически нулевой, так как "поддерживающий"ток обеспечивает ионизацию плазмы и устраняет нежелательные эффекты, обусловленные импульснь!м режимом работы лампы. При питании лампы импульсами с частотой от 500 до 2000 Гц при длительности импульсов от 10 до 30% цветовую температуру лампы можно повысить с 2050 до 2300 К при одновременном увеличении световой отдачи лампы или же — до 2600 К при некотором. снижении световой отдачи лампы по сравнению с обычными лампами, работающими на переменном токе (естественно без сколько-нибудь заметного снижения срока службы лампы). При желании можно за счет соответствующего сии>кения световой отдачи повысить цвЕтовую температуру до 2700 К.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 дана обычная 150-ватная натриевая газоразрядная лампа высокого давления и схема ее питания, обеспечивающая работу лампы в импульсном режиме; на фиг. 2 — спектр лампы при нормальной ее работе от сети переменного тока; на фиг. 3 — спектр, характеризующий работу лампы в режиме повышенной мощности и при повышенном давлении паров натрия; на фиг. 4 — спектр лампы, работающий в импульсном режиме; на фиг. 5 — график зависимости цветочных координат лампы от частоты импульсов и их длительности при постоянной величине подводимой к лампе мощности; на фиг. 6 — график зависимости цветовой температуры от пикового тока и времени отсутствия импульса при постоянной величине подводимой к лампе мощности; на фиг. 7— графики зависимости интенсивности излучения иатриевой Д линии и сплошного излучения от частоты импульсов; иа фиг. 8 — графики зависимости интенсивности излучения натриевой

Д линии и сплошного излучения от длительности импульса; на фиг. 9 — график корреляционной связи между цветовой температурой и световой отдачей лампы для импульсов различной частоты и длительности.

679173

7 ния. В результате этого появляется возможность повысить цветовую температуру лампы без всякого снижения ее световой отдачи.

Исследовано также влияние на работу лампы частоты импульсов в диапазоне от 667 до

2000 Гц и длительности импульсон от 15 до

307о, К разрядной трубке подводили мощность

150 Вт, поддерживая парциальное давление паров натрия на уровне 60 торр, близком к оптимальному н смысле люминесцентной световой 10 отдачи. Соотвстствуннцее парциальное давление паров ртути (для смеси, состоящей на 25/ из натрия и 75% ртути) составило приблизительно 200 торр. Полученные результаты JlJIB различных условий показаны «а фиг. 5 сплошны1 ми точками. Все точки для импульсной лампы лежат рядом с показанной на фиг. 5 кривой. которая характеризует излучение объемного излучателя н том же самом диапазоне температур, и выше цветовой температуры, равной 20

"500 К. Лля сравнения на фи|. 3 показана точка, характеризуюшая работу такой же лампы от обычной сети переменного тока (60 Гц), Значения коррслированной цветовой теглнератры как линейной функции трех переменных. а именно величины пикового тока, продолжительность импульса и времени отсутствия импульса можно получить методом множестнсчшого регрессионного анализа. Рассматривал ряд прямоугольных импульсов, поступаю«них на лампу при типовой величине тока 3, ширине импульса t,, нрсмсни отсутствия импульсов t,, и, предполагая, что напряжение на лам«е Ч но время импульсов остается постоянным, можно записать, что энергия, поступающая к 35 лампе н течение каждого импульса, равна 3Vt.

Следовательно, средняя мощность лампы

3 t а { 1), 1 1 t2

При постоянной средней мощности и измене- 40 нии t, и т, (для того, чтобы избежать изменений нагрузки на стенку разрядной трубки и температуры центров переохлаждения амальгамы} зависимости между,$, t, и t> будет определяться c«åäóât«èì выражением, из кото- 45 рого следует, что любые две из этих трех переменных адекватны в смысле определения наблюдаемых изменений цветовой температуры. !!усть пиковый ток лампы и время отсутствия импульсов (t2) являются перемен- 50 ными, тогда имеем

Т- сэ 0 = О, з78 (t -860) +54,5 э -30,8) (2), где корректированная цветовая темперао тура и К, 55 время отсутствия импульсов в микросекундах.

Э вЂ” пиковое значение импульсного тока, н А.

Графически эта зависимость показана на фиг. 6; и из нее следует, что при постоянной величине подводимой к лампе мо цности цвтовая температура увеличивается с ростом пикового тока и с увеличением интервалов времени между импульсами.

Выражение (2) и график, приведенный на фиг. 6, показывают, что наибольшая цветовая температура достигается при минимальной ширине импульсов и максимальном нремени между импульсами. Однако при постоянной величине подводимой к лампе мощности режим максимального пикового тока сoBccM не означает. ITo лампа при этом имеет оптимальныс внецшие характеристики. Lc!IH увеличить т, и

М.( таким образом, чтобы отношение + осталось постоя«ным, то лампа будет работать при постоянной длительности импульса и постоянной величине пикового тока. На фиг. 7 показаны качественные зависимости интенсивности самообращенной и расширенной спектральной Д линии натрия и интенсивность синезелсного спектра «рН постоянной подводимой к лампе моги«ости и определенной длительности импульсов от частоты импульсон. Из этих графиков следует, что интенсивность излучения сплош«ой части спектра растет с уменьшением частоты, а интенсивность излучения натриевой

Д линии соответственно надает.

Если с другой стороны работагь «а одной и той же частоте, то пиковыИ ток будет меняться обратно пропорционально ширине или длительности импульса. Соответствующие графики приведены на фиг. 8, где показаны зависимости интенсивности излучения расширенной П линией натрия и сине-зеленым сплошным спектром при постоянной нсличине нодводимой к лампе мощности и постоянной часготе от ширины импульсов и величины пикового тока (с увеличением ширины или длительности импульсов пиковый ток падает). Как видно из приьеденных графиков интенсивность излуче. ния Л линии натрия почти не зависит от длительности импульсон и величины пикового тока, тогда как интенсивность излучения сплошного спектра заметно возрастает с ростом пикового тока.

Зависимости, показанные на фиг. 7 и 8, можно использовать для нахождения зависимости

or цветовой температуры световой отдачи лампы. Это сделано на фиг. 9, на которой показана зависимость световой отдачи лампы от цветовой температуры для различных значений частоты импульсон и их длительности для лампы мощности 150 Вт, содержащей 25 — 75% натриево-ртутную амальгаму. Показанные на этом графике кривые проведены через точки постоянной частоты импульсов. Снижение световой

679173

2î зо

9 отдачи с ростом цветовой температуры при уменьшении частоты с 1000 Гц до 883 Гц и

667 Гц обусловлено уменьшением интенсивности натркевого излучения (фиг. 73). Сниженис световой отдачи с ростом цветовой температуры при уменьшении длительности импульсов для заданной частоты объясняется характером кривой, построенной на фиг. 8а.ТЗ же самая лампа при работе от обычной сети переменного тока (60Гц) имеет световую отдачу всего !о

103 л/пт.

Графики, приведенные на фиг. 9, четко свидетельствуют о том, что при частоте импульсов ниже 650 Гц лампа по своей эффективности ничем не будет отличаться от лампы, работающей от обычной 60 Гц сети.

Максимальная цветовая температура лампы, которая по своей световой отдаче не отлкчается от Обычной лампы, достигается на частоте импульсов 670 Гц прк длительности импульсов 20%, а на частоте 833 Гц — 15%. Так как с уменьшением частоты уменьшается величина пикового тока, то такая работа лампы является предпочтительной с точки зрения снижения стоимости балластного сопротивления к влияния радиочастотных помех. Поэтому прн заданных (в смысле световой отдачи) Tpehoeaниях, оптимальным импульсным режимом раооты лампы будет режим 670 Гц к длителын)сти импульсов 20%, при котором цветовая температура лампы равна 2670 К, индекс цветопередачи равен 37, а световая отдача составляет

102, 3 л/Вт.

На фиг. 9 все точки лежат слева от пунктирной линии, наклон которой соответствует потере приблизительно 5 л/Ят на каждые 120 К цветовой температуры. Хотя дальнейшее увеличс?гие цветовой температуры з3 счет снижения световой отдачи и возможно, однако поднимать световую температуру свыше 2700 K вряд лк целесообразно. Поднять цветовую температуру лампы можно и другим путем, в частности, увеличив давление паров натрия или перегрузив лампу, но и в этих случаях неизбежно будет определена потеря световой отдачи лампы.

Изготовив разрядную трубку из однокрксталлической окиси алюминия, которая более прозрачна, чем поликристаллическая окись алюминия, можно несколько компенсировать потерю световой лампы, связанную с повышением сверх5О оптимального давления паров натрия.Предлага. емые лампы могут работать с мощностью 175 BT при частоте 667 Гц, длительности импульсов

2+(и парциальном давлении паров натрия 105 торр. У таких ламп световая отдача составля- 55 ет 103 л/Ят при цветовой температуре 2700 К и индекс цветопередачи 47. Максимальная температура разрядной трубки у таких ламп не

ЛрСВЫ?НЗ(Т 1150 С, iTÎ О(;.:); .:.-)ЯСТ t n!Ii!itl!TC!Ih-! но большой срок службы .?Зл?ггы. Цветовая тем(?сратура так«й лз, ?ны б)!Изкз к цветовой темпсрзгурс лампы накзлннання такой жс мощности, равн«й 2800 К. Однако световая Отдача у лампы накалннзния нс прсвьпнаст 14 л Г5т

3Т0 0зн3ч3ст, что прс:ла!.Зсмзя импульсная лампа имеет свет«ну?о отдачу н 7 раз бол?н?у?о

СВЕТОВОЙ ОТДаЧК таКОЙ же л?О?ЦНОСТИ ЛаМПЬ! НЗкаливания (при Одинаковых ннстовых тсмпсратурах}.

Приведенные ьышс результаты бьгли получены Ври использовании однонапрзвлс?п?ых импульсов, так как в этом случае для работы лампы трсбуется ()0:!cc прО(.той источник !?итания, чем в случае лнунаправлснных импульсов. При однона??ранлсннь(х импульса; желательно ЗНОд рзспол«жи?ь В н?!жнсм кон?",вертикальной лалшы (фнг, 11, т.с. анодом сд. ы .э)!Сктрод 12. Выпускну?(т1 убку 1., «брззугс?ЦУ?0 ХОЛО I?!YI0 IК)ЛОСТЬ .I I:I il31«НСН«,tÒТТНОЙ амальгамы, также слс;?уст р;((з!«.(Ожн,;, в: ижней части лампы, T ?K ьх(к ((1И )т«л! устранястся p33ftc!1(It?Ic цвс T3, н я а;t till(tt. " .тcм, чг« один из концов p33p?I,". (Й ?р:. бкн нз-33 недост31 кз ??Зтр??я ??мсст б«лес «:?у«ои цвст, ?см другой конец трубки. К(п 15:!«лххсн Обсснс«бходимью злci; T««)t?((hi э t«tсс?!In, Зноц 1 . н» дОлжсн соде Рж??т ь t ((::! !.:«((t ??с??ъ скЗю??tc! О злсктроны матсj)?t (:1:I. г:! K !; (t K !?1 ?! нсзктнвнрованнол*. Зн«;?(It ??!)и «. "1(tlt;!Iij ?Вл(!!iНЫХ HMÏY7ÜC3X ИСК:?К) (3(1(tt II(IСNIIICI! tl((ТCII()K лампы.

ПРН днУналРЗЗ:Icl!ill. ??Х(?!,:?(,с;IT сil: к?1х?!l!..гпяе результаты «. ).?Зя)?, *.г.акнмн «с, KBK ?I г?ри ОднонапрЗВ Ieнн .-.(х ?1 ?(I((ь(ях. 1) ) г«л(c, IYчае лампа дОлжна нмс1 ь . I!t t,!lx Ti(HI?цгс! ь)х

ЭЛЕКТРОДЗ, P3CI10 ?ОЖС??НЫХ :Iu K«il!!ЗХ РЗЗ!)ЯДной трубки.

11оддсрживзюцшй T«K «T) н?гатсль:н) сказынаСТСЯ НЗ ЭМИССИИ Н 3C:I(il«-! «;)1 ?Я)Й (?ЗСГИ С??СЬ.Тра. От которой 1звис??т унс:н чснн цнс1«н(и тел?г!ературы. Позгому н Ilp(,:i3!3«мой лампе полцср)?(7?на?Ощс! О T«KЗ Il(об???с i!с долж?го быть илн же, сс:!и зт«cB).тяня) с к,)кими-TО другими требованиями. )(рс»(! янлясмымн к источнику тока, он должсн бь!Th нрс(юльн«минимальным.

ФорMóëа изобрсгсния

Способ питания газ«разря;гной пампы высокого давления, имея)ц(с?1 натри(нос наполнение внутри баллона, CII3h)«cII?IOIO разнесенными электродами, зак.и«чан ц(нйся в подаче на лампу электрических нм(?у)?ь(Он номинальной мощности, о т л и ч 3 i() и и и с я тем, 1) что, с целью повьппения цветовой температуры лампы без снижения ее эффективности, электрические импульсы подают на лампу с частотой 500--2000 fo, и с длительностью 10 — ЗОЯ периода повторения импульсов.

679173

) 1

Источники информации, принятыс во внимание и ри эк с нерти эе

1. Патент С)))А N 3248590, кл. 313--)84, 1970.

2. Патент США N 3624447, кл. 315--246, 1971. о

Ъ ур Рай к

Рай па лагман! от абь чкой сета мрокоикооо тока (бди)

: 25ги ио: 5,5ню

: 100K а: 23тОМ ача: ЦЕРН

67917 3

LPW

00 К

700

400

4брю. 2420 к

600

Pad0ma лампы l режиме пооы шеннои мощности

SO0 600

Фига

Иипульсная раооаа лаипы, vacmoma Arg, олашельнвсаь кипульс01 20%

400 500

9npdоа слекпг0 ми

roRR

679173

Значения ц1етооы / координат для различной частогпы и длительности импульсоо .43 .42 .4/

0< .400 .590, ЗВО .450 .460 .470 .4ВО .490 . 500 .510 .520 .5УО

Значения Х аиг.5

/3

/2 !

" /0

9 о

4 .б .7 .В .9 /.0 // /2

8ремя отсугпстбия импульса (ниллисек)

Фиг б, 679173

Т

/бб 7 ВЮ /000 бб 7

Ча слота //z

/d87 /УГЯ /000 бб 7

Частота //г

mac.7

Ж "/

ПВ1Г; 7, /5 % 20% Z5% 30 %

/3 f/ B /0.4 9

/5 у 20 / 25./ 30! — dnumunyn ca

g 11,8 /0.4 9

Фа г.8

23дд 235д 24дд 24И 2ВОО Я5Я 2ВОО2ВЯ 2700

4виг.у К0е/7/оба// ве//пера/7/ ра

Составитель Н. Нестеренко

Фельдман Техред ()„андрейко Корректор О. Клвинская

Редактор В

Заказ 4444/56 Тираж 944 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

1/д

Ь з

10з 3

/дд

2200 2250 о

4 о