Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps)

Что такое газоразрядные лампы?

Газоразрядные лампы или HID лампы. Ниже рассмотрены основные типы HID ламп. Данная статья не является исчерпывающим объяснением принципов работы и параметров ламп. Ее целью является дать общее представление о таких лампах и их использовании.

Эти лампы — одни из самых эффективных и компактных источников света. В них свет излучается при
прохождении тока через пары газа (в большинстве ламп основным газом являются пары ртути). Так же как и люминесцентные лампы, большинство HID ламп обладают отрицательным сопротивлением, т.е. при увеличении тока напряжение уменьшается (ксеноновые лампы сверхвысокого давления являются приятным исключением, но в аквариумах они вряд ли найдут применение), поэтому для ограничения тока надо использовать балласты.

HID лампы делятся на несколько типов по виду используемого газа:

  • Ртутные лампы (Mercury Vapor Lamps)
  • Металло-галоидные (MH, Metal-Halide Lamps).
  • Натриевые лампы высокого и низкого давления (HPS — High Pressure Sodium, LPS — Low-Pressure Sodium)
  • Все остальные лампы — ксеноновые, циркониевые и т.д.
Газоразрядные лампы

Как видно, лампы отличаются большим многообразием размеров, цоколей, расположенеим электродом и т.д.

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 1

Здесь изображены различные типа ламп — ртутные, металло-галоидные и натриевые высокого давления.

Ртутные лампы (Mercury Vapor Lamps)

Большинство ртутных ламп имеют внутреннюю колбу, в которой находятся пары ртути и инертного газа, обычно аргона. Внутри этой колбы находятся электроды, между которыми возникает дуга. Внешняя колба служит для поддержания постоянной температуры внутренней и имеет люминофорное покрытие для фильтрации ультрафиолетового излучения (UV).

UV излучение опасно для глаз (очень и очень опасно — вызывает повреждения сетчатки и катаракту) и кожи, поэтому никогда нельзя использовать лампу без внешней колбы. Не говоря уже о том, что эффективность ее будет ниже, за счет неправильного температурного режима внутренней колбы. Многие современные лампы имеют предохранитель, который
отключает лампу в случае, когда внешняя колба сломана (safety lifeguard mercury lamps). Лучше всего иметь дополнительную защиту против UV излучения — защитное стекло и т.д.

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 2

Цоколь у этих ламп обычно вкручивающийся (mogul base), но он сделан так, что в обычный патрон для лампочки он не вкручивается (или вкручивается, но не достает до центрального контакта)

Световые параметры ртутных ламп

Ртутные лампы — не очень эффективный источник света, в сравнении с метало-галоидными лампами. Лампы с небольшой мощностью имеют светоотдачу около 25-28 лм/вт (18-23 лм/вт для лампы со сроком службы 40% от предельного). Ртутные лампы имеют очень большой срок службы (24000 часов и более). Обычно светоотдача падает к концу срока службы настолько, что уже не имеет смысла эксплуатировать лампу (в отличие от люминесцентных ламп, где срок службы указывается как время, по истечении которого примерно половина ламп выйдет из строя). Светоотдача зависит от ориентации лампы и, как обычно, параметров используемого балласта.

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 3

В спектре ртутной лампы отсутствуют красные цвета (поэтому все освещаемое ею кажется блекло-синим), коэффициент светопередачи CRI=20. При этом цветовая температура CCT=6800-700K. Путем добавления люминофоров на внутренней стороне наружной колбы можно получить немного красного цвета, CRI=40-45, но световая температура снижается до 3700K.
Спектр лампы ДРЛ с люминофорным покрытием показан на рисунке.

Обозначение ртутных ламп

Лампы обозначаются, обычно (согласно ANSI, хотя многие производители и не следуют этим обозначениям):

H33GL-400/DX
H — обозначает ртутную лампу
33 — обозначает электрические характеристики. Лампы, имеющие одинаковый номер, используют одинаковый
балласт и взаимозаменяемы. Соответственно балласт надо подбирать по этому номеру.
GL — обозначает форму и размер лампы (но не цвет), они бывают разных типов.
400 — мощность. Бывают лампы 50, 75, 100, 175, 250, 400 и более ватт.
DX — цвет (DX — deluxe white)

Советские лампы обозначаются:
ДРЛ125 (10)
125 — мощность
10 — число в скобках (если указано) — «красное отношение» в процентах.
Люминофоры ламп ДРЛ бывают нескольких типов — Л43, Л50. Поскольку в спектре
ртути отсутствуют длины волн, соответствующие красным цветам, то в люминофор
добавляются редкоземельные элементы, преобразующие UV излучение в красные
цвета, увеличивая «красное отношение»

Ртутные лампы со встроенным балластом (Self-ballasted Mercury Lamps)

В этих лампах имеется встроенный балласт в виде спирали лампы накаливания. Поэтому они не нуждаются в дополнительном балласте.
Из-за наличия спирали, эти лампы имеют низкую светоотдачу (17-20 Лм/Вт). Цветовая температура этих ламп CCT=3300-4000K и коэффициент светопередачи CRI=40-50. Из-за наличия спирали внутри лампы она дает чуть больше света в красной области спектра, чем обычная ртутная лампа.
Обозначается эта лампа аналогично ртутной лампе, только первой буквой стоит S, лампы российского производства обозначются ДРВ.

Металло-галоидные (-галогенные) лампы (Metal Halide Lamps)

Эти лампы аналогичны ртутным лампам по конструкции. В дополнение к ртути, в них добавлены иодиды металлов. Данные лампы являются одним из наиболее эффективных источников света. Они превосходят ртутные лампы по световой отдаче и коэффициенту светопередачи.

Эти лампы не надо путать с галогенными лампами, которые аналогичны лампам накаливания и не являются газоразрядными.

Сравнительные спектры ртутной лампы (верх, слева) и ламп с добавками иодидов показаны ниже. Как видно, добавление иодидов улучшает спектр лампы. Обычно лампы бывают двух типов: с добавками иодидов натрия, таллия и индия и с добавками иодидов натрия и скандия. В специальные лампы могут быть добавлены и другие металлы, например редкоземельные — дейспрозий и т.д (внизу справа). Такие добавки позволяют получать лампы с высокой светоотдачей и другими улучшенными характеристиками, но подобные лампы очень дорогие и обычно имеют небольшой срок службы, около тысячи часов.

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 4

Лампы ДРИ российского производства бывают нескольких видов.

Лампы первого типа (с добавками таллия) имеют цветовую температуру около 5000K, причем она может варьироваться в широком диапазоне из-за трудностей с точной дозировкой химических компонентов.

Спектр лампы ДРИ с добавками иодидов индия, натрия и таллия показан на рисунке

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 5

Лампы второго типа имеют более низкую температуру — около 4000K (причем она более стабильна, чем у ламп с добавками таллия). Эти лампы имеют цифру 5 или 6 в обозначении.

Спектр лампы ДРИ с добавками иодидов натрия и скандия показан на рисунке

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 6

Цветовая температура и цветовые
координаты для различных ламп.

  1. лампа ДРИ с иодидами натрия и
    скандия
  2. лампа ДРИ с иодидами натрия,
    индия и таллия
  3. натриевая лампа ДНаТ
Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 7

Обозначение MH ламп

Лампы российского производства (лампы с мощностью большей 400Вт не приведены):

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 8
(1) — Лампы имеют прозрачную эллипсоидную колбу, рабочее положение — любое.
(2) — Лампы имеют прозрачную цилиндрическую колбу, рабочее положение — горизонтальное, с отклонением не
более ±60 градусов
(3) — Лампы имеют прозрачную цилиндрическую колбу, рабочее положение — любое

Соответствие лампы различных фирм (лампы европейского производства могут иметь другие обозначения):

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 9

Натриевые лампы (Sodium Lamps, HPS, LPS)

В этих лампах разряд происходит в парах натрия и ртути. Данные лампы бывают высокого (ДНаТ лампы, High-Pressure Sodium — HPS) и низкого (Low-Pressure Sodium — LPS) давлений. LPS дают практически монохроматический желтый цвет (хотя и с очень высокой эффективностью до 180-200 Lm/W), поэтому они применяются только для специального освещения. например, автомобильных парковок.

Спектр натриевой лампы приведен на рисунке:

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 10

Как видно, в спектре практически отсутствуют компоненты синего цвета, поэтому излучение такой
лампы окрашено в желтый цвет и цветовая температура низкая — 2100-2200K, коэффициент цветопередачи (CRI) около 20. Срок службы у этих ламп доходит до 20-24 тысяч часов. Световая отдача у них доходит до 80-100 Lm/W

Новые HPS лампы имеют более высокую цветовую температуру — 2700K (Philips — White SOH HPS Lamps) и CRI=85. Данные лампы используются как замена лампам накаливания и могут использоваться в комбинации с люминесцентными лампами. У этих ламп срок службы около 10000 часов, световая отдача около 50 Lm/W.

Натриевые лампы широко используются при выращивании растений и агротехнике, поскольку дают много света в красной области спектра. Растения обычно имеют несколько светочувствительных пигментов, расположенных в синей и красной областях спектра. Например, пигменты, пик чувствительности которых в красной области спектра отвечают за рост корневой системы, созревание плодов, цветение растений. Поэтому в теплицах, где конечная цель — получить тюльпаны к 8 марта и не раньше и не позже и используют натриевые лампы.

Пигменты, с пиком в синей области, отвечают за развитие листьев, рост растения и т.д. Поэтому растения, выросшие с недостаточным количеством синего света, более высокие — они тянутся вверх, стараясь получить побольше этого синего света (если вы выращиваете розы в теплице на продажу, то вам нужны такие растения, с длинными стеблями). Пигмент, который отвечает за «поворот» растения к свету, также чувствителен к синим лучам.

В отличие от метало-галоидных ламп, ориентация натриевой лампы не влияет на ее характеристики.

Обозначение натриевых ламп

Лампы российского производства:

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 11

Philips Lighting:

Газоразрядные лампы высокого давления (HID, highintensity discharge lamps) 12

Все остальные типы ламп

В этом абзаце приведены некоторые из ламп, которые могут вам встретиться.

Ртутные лампы сверхвысокого давления

не путайте эту лампу с ртутной лампой низкого давления ДРЛ.
Представляют собой двухэлектродные лампы с шаровой колбой и короткой дугой. Бывают лампы постоянного и переменного токов. Срок службы составляет несколько сотен часов. Лампы советского и российского производств обозначаются ДРШ.

Ксеноновые лампы сверхвысокого давления

— обладают хорошим спектром и цветопередачей. К сожалению, они взрывоопасны и, поэтому, требуют защитных устройств. Иногда может взорваться лампа и в выключенном состоянии. Из-за высокой яркости и короткой дуги они используются в кинопроекции и т.д. Такие лампы работают на постоянном токе и, из-за высокого рабочего тока лампы (10-30A для ламп мощностью 120-
500Вт), требуют специальных выпрямительных источников питания. Лампы советского и российского производств обозначаются ДКсШ и ДКсР. Средний срок службы таких ламп составляет несколько сотен часов, хотя в последнее время появились и лампы с более долгим сроком службы. Лампа выглядит аналогично ртутной лампе сверхвысокого давления, с той разницей, что один из электродов больше и имеет острый наконечник.

Циркониевые лампы

— обладают высокой яркостью. Включаются через выпрямитель. Срок службы 20-100
часов. Обозначение — ДАЦ.

Газоразрядные лампы с линейчатым спектром

— используются для спектральных измерений. Срок службы — не превышает сотни часов. Обозначение — ДКдС, ДТС, ДНаС и т.д.

Водородные (дейтериевые) лампы

— не путайте с водородной бомбой :). Применяются для получения света в
ультрафиолетовой области. Срок службы — 200 часов. Обозначение — ДВС.

Импульсные и стробоскопические

— применяются для генерации импульсных вспышек и создания стробоскопических эффектов. Обозначение — ИСК, ИСП и т.д.

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Оцените статью*

Ваш адрес email не будет опубликован.

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять