Металлогалогенные лампы - виды, характеристики, применение, преимущества. Металлогалогенные лампы. Виды и устройство. Работа и применение Металл галогенная лампа
Галогенные лампы представляют собой разновидность обыкновенных ламп накаливания, с одним существенным различием – если в обычных лампах основополагающим является высокая степень вакуума, то в галогенные вводится некоторое количество газа – паров брома или йода. В чем суть такого изменения? Принцип действия лампы накаливания заключается в нагреве вольфрамовой спирали электрическим током. В течении срока службы часть металла с поверхности спирали испаряется, что приводит к уменьшению толщины нити на некоторых участках и, как следствие, к увеличению сопротивления этих участков. Повышенное сопротивление приводит к увеличению температуры и, опять-таки, к повышению испарения. Данный процесс носит лавинообразный характер, что, в конечном итоге, приводит к перегоранию спирали. Кроме того, испарившийся металл оседает на внутренней поверхности колбы, вызывая ее потемнение и снижение светопропускной способности. Введение паров галогенов позволяет организовать, так называемый, галогенный цикл. В его основе лежит химическая реакция взаимодействия паров галогенов с испарившимся металлом. Данное соединение не устойчиво и при воздействии высокой температуры спирали разлагается на металл и галоген. Особенность такой реакции в том, что разложение происходит возле наиболее нагретых участков спирали, то есть там, где наименьшая толщина. Использование галогенного цикла позволяет значительно увеличить срок службы, повысить температуру спирали, что приводит к увеличению качества светового потока. Галогенные лампы имеют меньшие размеры по сравнению с лампами накаливания.
Особенности эксплуатации.
Поверхность колбы галогенной лампы имеет высокую температуру и выполняется из специального кварцевого стекла. В процессе эксплуатации не допускается касание поверхности стекла руками. Малейшие следы жира при высокой температуре сгорают, оставляя на поверхности почернение, что приводит к местному перегреву загрязненных участков и выходу галогенной лампы из строя. Для предотвращения этого, стеклянную колбу после установки требуется промыть спиртом, используя ткань, не оставляющую на поверхности частички ворса.
Высокая температура также ужесточает требования по пожарной безопасности.
Включение галогенных ламп совместно с диммером для регулировки яркости приводит к понижению их температуры. Это производит к нарушению работы галогенного цикла и осаждению металла на внутренней поверхности. Чтобы этого избежать, необходимо периодически включать лампу на полный накал в течении нескольких десятков минут.
Высокая светоотдача и небольшие габариты галогенных ламп позволяют их с успехом применять в автомобильных фарах.
Галогенные лампы на низкое напряжение.
Лампы выпускаются на различное напряжение питания. Использование низковольтных ламп (обычно 12 В) в качестве освещения, требует использования понижающих трансформаторов. Трансформатор для галогенных ламп может быть выполнен как традиционно, на металлическом сердечнике (электромагнитный трансформатор), так и с помощью радиоэлектронных элементов (электронный трансформатор). При выполнении требований по максимальной мощности электромагнитные трансформаторы имеют очень высокую надежность, но, вместе с тем, высокую массу, которая растет с увеличением мощности. От этого недостатка свободны электронные трансформаторы. Однако в случае некачественного выполнения они могут служить сильными источниками радиопомех. В любом случае трансформатор для галогенных ламп должен иметь некоторый запас по мощности.
Металлогалогенные лампы.
Совершенно иной принцип работы у металлогалогенных ламп. В этих лампах источником света является электрический разряд в среде газа. Металлогалогенные лампы (МГЛ) являются дальнейшим этапом развития газоразрядных ламп высокого давления. Они известны под названием ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная). Основой работы этих ламп является электрический разряд в парах ртути и инертного газа. Поскольку такой разряд дает в основном ультрафиолетовое излучение, внутренняя поверхность колбы покрыта слое люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Используя различный состав покрытия, можно получать различные оттенки свечения.
Введение добавок в виде соединений различных металлов с галогенами, позволяет менять цветовые характеристики МГЛ не используя люминофоры. Также введение соединений галогенов позволяет практически полностью избавиться от такого недостатка ДРЛ, как затрудненное зажигание только что выключенной лампы, поскольку высокое давление нагретых паров ртути не дает возможности для возникновения разряда.
Как происходит розжиг МГЛ можно посмотреть на этом видео.
Конструкция МГЛ.
Основным отличием большинства типов металлогалогенных ламп от других типов является наличие двух стеклянных колб. Внешняя колба позволяет уменьшить зависимость от температуры окружающей среды, что важно для стабильности световых параметров МГЛ.
Особенности эксплуатации.
Поскольку холодные МГЛ содержат ртуть, то к ним предъявляются специфические требования по расположению в пространстве. Выпускаются МГЛ, предназначенные как для установки в вертикальном, так и горизонтальном положениях.
При несоблюдении указанных требованиях не гарантируется нормальная работоспособность МГЛ. Лампы, выполненные с двумя цоколями, широко применяются в прожекторах и допускают только горизонтальную установку. Некоторые разновидности МГЛ можно устанавливать в различных положениях.
Подключение МГЛ.
Особенности работы металлогалогенных ламп требуют применения специфической аппаратуры. Возникновение электрического разряда требует повышенного напряжения и, в тоже время, физика разряда в газовой среде имеют большую зависимость величины протекающего тока от питающего напряжения, что вынуждает использовать токоограничительные элементы. Аппаратура запуска и ограничения тока называется пуско-регулирующей аппаратурой – ПРА. Существуют как трансформаторные ПРА, основанные на электромагнитных трансформаторах с повышенным магнитным рассеиванием, так и электронные. Последние имеют значительно меньшие габариты и массу. Электронные блоки управления лампами должны строго соответствовать типу применяемых ламп.
Информация по МГЛ хорошо освещена на видео:
Области применения.
Повышенная светоотдача, эффективность и малые габариты позволяют применять металлогалогенные лампы в различной осветительной аппаратуре. В основной массе осветительных прожекторов применяются именно МГЛ.
Широко распространенные в настоящее время автомобильные ксеноновые фары также относятся к МГЛ. Наличие ксенона служит, в основном, для первоначального возникновения разряда. Далее, в процессе работы, разряд происходит в парах ртути и галогенов.
МГЛ довольно часто неправильно называются металлогалогеновыми. Такое название не соответствует языковым нормам. Также неправильным является название «металлогалоидные». Такое название иногда употребляется в результате прочтения англоязычного названия «metal halide lamp».
На сегодняшний день рынок осветительных приборов как никогда разнообразен. Поэтому иногда при выборе источника освещения для своей квартиры или дома возникают определенные сложности.
Многие люди предпочитают использовать в качестве источника света металлогалогенные и галогеновые светильники.
Эта статья поможет вам со столь непростым выбором и расскажет, что собой представляют данные светильники и почему они столь популярны.
Немного о продукции
Галогенный светильник представляет собой одну из разновидностей лампы накаливания. Внутри такая лампа содержит, помимо самой нити накаливания, еще и пары галогенов. В роли галогенов могут выступать хром, йод, фтор или бром.
Принцип действия такой лампы заключается в том, что электрический заряд, подходящий через нить накаливания, вступает в химическую реакцию с галогенами и атомами вольфрама нити. При этом при наличии высоких температур подобное соединение распадается. В результате, превалирующее большинство вольфрамовых частиц оседает на теле накала. Это предотвращает оседание частиц на внутренней стороне колбы. На этом процессе основывается принцип «восстановления» нити накаливания. Такая реакция получила название вольфрамо–галогенного цикла регенеративного типа.
За счет наличия такой регенеративной реакции в разы повысился срок службы галогенных светильников по сравнению с другими осветительными приборами. Такие лампы могут прослужить до 12000 часов. При этом главным преимуществом такой лампы является ее энергоэффективность одновременно с уменьшением размеров самой колбы.
В целом для подобной продукции можно выделить следующие положительные моменты:
- длительный период работы;
- компактные размеры;
- уменьшение энергозатрат;
- отличные показатели цветопередачи;
- цветовой спектр идет в диапазоне 2800-3000K;
- теплые или нейтральные оттенки свечения.
Помимо этого, как и всё в мире, галогенный тип ламп имеет и некоторые недостатки. К ним относятся:
- пожароопасность, которая присутствует из-за того, что колба лампы может нагреваться до 500°С и выше;
- наличие чувствительности к перепадам напряжения;
- лампочка чувствительна к жиросодержащим загрязнениям. Поэтому выкручивать и вкручивать ее можно только через салфетку или защитные перчатки.
Но все же, несмотря на недостатки, подобные светильники сегодня довольно распространены.
Разновидность
Одной из разновидностей галогенных светильников являются металлогалогенные лампы. Их еще называют HID светильники.
Металлогалогенные лампы
Они относятся к группе газоразрядных источников света. Здесь в роли наполнителя, которым заполнена разрядная трубка, используется инертный газ (аргон и ксенон), галогениды определенных металлов или ртуть. В качестве источника оптического излучения в лампочках выступает плазма от дугового электрического разряда. Эта плазма возникает в результате ионизации от испаряющихся галогенидов металлов или частиц ртути. В свою очередь ионизация появляется в результате влияния электрического тока.
Такой принцип работы позволяет получить источник довольно яркого и мощного светового потока. При этом цветопередача остается на достаточно высоком уровне.
Металлогалогенные лампочки обладают теми же преимуществами и недостатками, что и их галогенные аналоги.
Обратите внимание! Срок службы металлогалогенных ламп несколько выше, чем просто галогенных источников света. Он составляет примерно 10000-15000 часов.
По эффективности металлогалогенные источники света значительно превосходят галогенные лампы. И при этом не требуют для своей установки специальной пускорегулирующей аппаратуры.
Но есть и недостатки исключительно этого типа источника света:
- несколько растянутый период включения. У таких лампочек максимальная яркость достигается только через 5-10 минут после включения;
- минимальный интервал для повторного включения составляет примерно 10-15 минут.
Данная продукция выпускается в достаточно широком мощностном диапазоне: от 20 Вт до 20000 Вт.
Кроме того, металлогалогенные лампы могут иметь различный цветовой спектр:
- дневной белый цвет;
- синий цвет;
- красный цвет и т.д.
Различные комбинации цветов достигаются путем применения различных галогенидов (солей).
Особенности подключения
Для в HID-источников света стоит помнить, что их подключение к ЭПРА (или ПРА — пускорегулирующие аппараты) осуществляется с помощью высоковольтного кабеля. При этом кабель должен иметь напряжение пробоя для изоляции не меньше 6кВ. В результате выходное напряжение для поджига ЭПРА будет составлять 5кВ.
Обратите внимание! Для вторичной цепи ЭПРА (ПРА) сетевых бытовых кабелей не допускается.
Схема подключение светильника
Эти приборы необходимы для того, чтобы на нужном уровне поддерживать режим работы лампочки. Поэтому качество освещения и светового потока напрямую зависит от того, какая модель ПРА использовалась в схеме подключения.
Во всем остальном схема подключения не сильно отличается от других типов осветительных приборов. Нюансы появляются в типе установки.
В зависимости от типа установки металлогалогенные светильники бывают нескольких видов:
- встраиваемый. Здесь используется принцип встраивания осветительного прибора. Таким образом можно закрепить светильник на подвесной потолочной конструкции;
- накладные. В данной ситуации принцип установки предполагает просто «наложение» прибора на рабочую поверхность;
- трековые. Такие светильники имеют специальные рефлекторы. Их можно применять для акцентного или общего освещения;
- подвесные.
В зависимости от выбранного типа светильника их установку проводят по определенной схеме.
При этом металлогалогенные лампочки могут просто вкручиваться в точечные светильники. Такой способ считается самым простым.
Обратите внимание! Производить установку такой лампы можно только в защитных рукавицах или при использовании ткани.
Это обязательная необходимость, потому что материал, из которого изготовленная колба лампочки, вступает в реакцию с жировой прослойкой рук и при дальнейшем использовании может привести к взрыву или нарушению в работе осветительного прибора.
В других ситуациях следует использовать ПРА. При этом некоторые производители выпускают данную аппаратуру в разобранном виде. Поэтому здесь возникает дополнительная сложность при самостоятельной сборке прибора. В целом комплект осветительного аппарата имеет следующие составляющие детали:
- корпус осветительного прибора;
- металлогалогенная лампа;
- ПРА или пускорегулирующий аппарат.
Обратите внимание! При вкручивании лампочки в цоколь следует обеспечить их идеальный контакт. Если останется хотя бы один зазор, то возможно скорое перегорание лампы. При этом перед установкой следует проверить качество самого цоколя, так как его недостатки также могут привести к перегоранию.
Чтобы получить качественное освещение, используйте только проверенное, лицензированное оборудование и источники света. Лучше покупать продукцию известных производителей, которые давно работают на рынке осветительных приборов.
Предназначение
Металлогалогенные и галогеновые светильники применяются в основном в ситуации , когда имеется необходимость в сочетании следующих качеств:
- мощность;
- экономичность;
- компактность.
Свет от лампы
При этом данная продукция может использоваться для создания освещения, как в домашних условиях, так и на улице. Использование таких источников света позволяет создать освещение на открытых пространствах. Поэтому их часто используют для освещения:
- промышленных цехов;
- приусадебных участков;
- театров и музеев;
- просторных помещений в домах и квартирах.
При небольших мощностях такие лампочки используется для офисного или рекламного освещения. Кроме всего этого такие светильники можно встретить в оранжереях, теплицах и даже аквариумах.
Также данный тип лампочек активно используется в зеленом ландшафте для декорирования и подчеркивания определенных дизайнерских задумок. С таким освещением ваш приусадебный участок станет настоящим произведением искусства.
Как видим, металлогалогенные и галогенные лампы имеют сегодня достаточно широкое применение. Благодаря своим свойствам и неоспоримым преимуществам они используются в самых различных целях.
Как правильно изготовить светильник из бамбука
Почему стоит обратить внимание на беспроводной вариант светильников
В 1964 году американская фирма General Electric для освещения павильонов Всемирной выставки Экспо-64 в Нью-Йорке впервые применила новый тип ламп - металлогалогенные (МГЛ). С 1969 года выпуск таких ламп освоили фирмы Philips и Osram, в 70-е годы Саранский электроламповый завод в СССР.
По устройству МГЛ похожи на ртутные лампы высокого давления, но внешняя колба у них не покрыта люминофором, а сделана из прозрачного или (гораздо реже) из матового стекла. Первичным источником излучения, как и в лампах ДРЛ, служит горелка из кварца или поликристаллической окиси алюминия, наполненная инертным газом и ртутью. Но если в лампах ДРЛ для исправления цветности и повышения световой отдачи применяется люминофор, то в металлогалогенных лампах для этой же цели применяются специальные светоизлучающие добавки: галогенные соединения различных металлов (чаще всего - натрия и скандия, а также галлия, индия, таллия и редкоземельных элементов - диспрозия, гольмия, тулия и др.).
Для того чтобы давление паров светоизлучающих добавок в металлогалогенных лампах было достаточно большим, горелка должна нагреваться до более высоких температур, чем в лампах ДРЛ, и давление «стартового» инертного газа в ней должно быть выше. Такого простого решения для зажигания разряда, как в ДРЛ (установка поджигающих электродов вблизи основных), уже недостаточно: если в ДРЛ разряд возникает при напряжении ниже сетевого, то в МГЛ для этого требуется напряжение от3до5 киловольт.
Изменяя состав светоизлучающих добавок, можно в широких пределах изменять цветность излучения - от тепло-белого с 7Цв = 3000 К до дневного с 7Цв = 6500 К, а также создавать цветные лампы.
Сегодня в мире производится более 250 типономиналов металлогалогенных ламп мощностью от 20 до 3500 Вт.
Металлогалогенные лампы имеют большие световые отдачи, чем ДРЛ и лучшую цветопередачу (Ra до 90). Благодаря тому, что источником света в МГЛ является малогабаритная горелка, а не внешняя колба, световой поток их значительно легче перераспределяется в пространстве с помощью отражателей или линз. Это свойство позволило создавать глубокоизлучающие светильники и прожекторы с очень узким световым пучком, что невозможно при использовании ДРЛ из- за больших габаритов светящегося тела.
Параметры металлогалогенных ламп так же, как и ДРЛ, мало зависят от температуры окружающего воздуха, но гораздо больше - от колебаний сетевого напряжения. При этом часто наблюдается интересное явление - изменение напряжения даже в относительно небольших пределах (± 5 %) вызывает заметное изменение цветности излучения. Изменение цветности происходит также и самопроизвольно в процессе работы ламп, причем у разных экземпляров ламп по-разному (так называемое «разбегание цветов»). Это особенно заметно в многоламповых осветительных установках, когда при сдаче установки в эксплуатацию все лампы светят одинаково, а спустя некоторое время освещение становится «разноцветным». По стандартам разных стран цветовая температура излучения металлогалогенных ламп в течение срока службы может меняться на 500 К, то есть лампа с Гцв=3500 К («белая») может стать «тепло-белой» с Гцв=3000 К или «ярко-белой» с Гцв=4000 К. Это происходит от того, что светоизлучающие добавки по-разному взаимодействуют с кварцем и вольфрамом и за счет этого состав наполнения в процессе работы ламп постепенно изменяется.
Необходимо отметить, что цветность излучения некоторых типов металлогалогенных ламп зависит и от рабочего положения ламп, поэтому лампы должны эксплуатироваться только в том положении, которое регламентировано документацией для каждого конкретного типа.
Металлогалогенные лампы очень трудоемки в изготовлении и требуют исключительно высокой культуры производства. Особые сложности при изготовлении ламп связаны с герметичной заваркой горелок, так как существующая технология запрессовки вводов не обеспечивает достаточной точности соблюдения размеров горелок.
Для повышения стабильности параметров металлогалогенных ламп фирмы Philips и Osram с 1998 года начали делать горелки не из кварца, а из поликристаллической окиси алюминия AI2O3. По химическому составу поликристаллическая окись алюминия полностью идентична драгоценным сапфиру и рубину, а также обыкновенной глине. Технологи разных стран, прежде всего США и СССР, в рамках своих космических программ уже достаточно давно научились делать этот материал очень высокого качества и изготавливать из него трубки заданного диаметра с хорошей точностью. Из заготовок можно делать отрезки трубок строго выдержанной длины. По химической и тепловой стойкости поликристаллическая окись алюминия превосходит кварц, поэтому вполне годится для создания горелок разрядных ламп высокого давления, у которых, в отличие от кварцевых, все геометрические размеры будут выдержаны с очень высокой точностью. Проблема создания таких горелок состояла в обеспечении герметичности токовых вводов, способных работать при высоких температурах в среде достаточно агрессивных галогенных светящихся добавок. Но к 1998 году и эта проблема была успешно решена. Сейчас МГЛ с горелками из поликристаллической окиси алюминия или, как их чаще называют, с керамическими горелками в большом количестве выпускаются ведущими электроламповыми фирмами.
Точно выдержанные размеры горелок и высокая химическая стойкость керамики значительно повысили стабильность световых параметров МГЛ. Изменение цветовой температуры к концу срока службы ламп с керамическими горелками не превышает ± 200 К, спад светового потока за 4000 часов не более 20 %. Пока такие лампы выпускаются только малой мощности (20-150 Вт).
Основная область применения металлогалогенных ламп - освещение при цветных телерепортажах, киносъемках и освещение больших спортивных арен. Создание маломощных ламп, особенно с керамическими горелками, открыло широкую дорогу для внедрения МГЛ во внутреннее освещение - для торговых залов, витрин, выставочных павильонов, некоторых административных помещений и др.
Срок службы отдельных типов современных металлогалогенных ламп достигает 15000 часов. Лампы выпускаются с различной цветностью излучения и с разным качеством цветопередачи.
Так как для зажигания разряда в металлогалогенной лампе требуется напряжение в несколько киловольт, то лампы включаются только со специальными зажигающими устройствами. На рис. 1 показана типичная схема включения металлогалогенных ламп. Как и все газоразрядные лампы, металлогалогенные лампы могут работать только вместе с балластным дросселем, создающим сдвиг фаз между током и напряжением. Поэтому требуется компенсация коэффициента мощности, то есть включение компенсирующего конденсатора.
Рис. 1.
В последние годы ряд фирм начал выпускать электронные аппараты включения маломощных металлогалогенных ламп. Высокочастотное питание ламп высокого давления не дает таких преимуществ, какие мы видели у люминесцентных ламп, и, кроме того, приводит к неустойчивости разряда (так называемому «акустическому резонансу»). Поэтому, в отличие от люминесцентных ламп, металлогалогенные лампы через такие аппараты питаются не высокочастотным током, а напряжением прямоугольной формы с частотой 100 - 150 Гц. Электронные аппараты включения металлогалогенных ламп значительно (в 3 - 4 раза) легче дросселей и, кроме того, сочетают функции балласта и зажигающего устройства, а иногда и компенсирующего конденсатора. Лампы с керамическими горелками, как правило, рекомендуется использовать с электронными аппаратами.
Недостатками металлогалогенных ламп являются: высокая стоимость (в несколько раз дороже ДРЛ, особенно лампы с керамическими горелками); большое время разгорания (до 10 минут); большая глубина пульсаций светового потока (у ламп с редкоземельными элементами, имеющих наилучшую цветопередачу, -до 100 %); невозможность повторного включения горячей лампы после ее погасания хотя бы на доли секунды; необходимость применения зажигающих устройств.
Поскольку металлогалогенные лампы большой мощности применяются для освещения крупных спортивных мероприятий с большим количеством зрителей, погасание ламп может вызвать панику среди зрителей, не говоря уже о срыве спортивного мероприятия. Для исключения таких явлений в прожекторах для освещения спортивных арен, кроме обычных зажигающих устройств, используются блоки мгновенного перезажигания ламп - сложные, тяжелые и очень дорогие устройства, автоматически дающие на лампу при ее погасании импульсы с напряжением до 50 кВ, способные зажечь даже горячую лампу. Лампы, предназначенные для работы с такими блоками, имеют особую конструкцию - один из электродов выводится через цоколь, другой - через противоположную цоколю сторону внешней колбы.
В своей работе такие приспособления используют газовый разряд, а не тепловое свечение нити накаливания. Такие лампы можно назвать сравнительно молодыми источниками света, история которых насчитывает не более пятидесяти лет. Их рождение связано с целым рядом экспериментов ученых по усовершенствованию газоразрядных С точки зрения начинки их отличительной особенностью является использование в качестве рабочей смеси паров ртути, композиции солей и газов. Состав соляной смеси оказывает влияние на оттенок излучаемого света. Лампа металлогалогенная может излучать свет голубоватого или красноватого оттенков. Внутри колбы газ находится под очень высоким давлением.
Особенности работы устройств
Лампы металлогалогенные включаются точно так же, как люминесцентные, а также другие газоразрядные. Для поджига они требуют подсоединения к сети посредством специальной пуско-регулирующей аппаратуры. При ее включении в светильнике сначала происходит разряд в аргоне, запускающий электрическую дугу между электродами колбы лампы. В выключенной лампе ртуть и соли оседают на стенках колбы в виде частичек. После запуска моментально разогревает колбу, испаряя твердые частицы, после чего разряд продолжается уже в парах солей и ртути. Первые минуты температура очень сильно возрастает, как и яркость излучения. Лампа металлогалогенная при работе разогревается до температуры, которая превосходит тысячу градусов, именно поэтому прожекторы, в которых такие приспособления используются, настолько большие. Для их охлаждения необходима большая металлическая поверхность прожектора.
Лампа металлогалогенная Philips работает гораздо эффективнее, чем люминесцентные, так как почти 24 процента потребляемой энергии в данном случае превращается в свет. Такая продукция выпускается в достаточно широком диапазоне мощностей - 20-20000 ватт, что позволяет найти ей применение повсеместно. Особенности конструкции изменяются в соответствии с мощностью лампы.
Сферы применения
Лампа металлогалогенная небольшой мощности может использоваться там же, где и традиционная галогенная - в приборах для офиса, дома, рекламы, внутри музейных экспозиций и магазинов. Она гораздо экономичнее и эффективнее, чем галогенная, однако нуждается в установке дополнительных балластов.
Металлогалогенная лампа 150w пригодится для освещения большой комнаты или для светильника во дворе частного жилища. Приборы высокой мощности подходят для профессионального осветительного оборудования - мощных прожекторов, театральных софитов, фото- и киноосветительной аппаратуры, а также для проекторов некоторых типов.
Интересной сферой использования металлогалогенных ламп может стать освещение теплиц и аквариумов. Они обладают спектром излучения, благоприятным для роста растений и кораллов.
Такие приборы могут производиться с двумя колбами - наружной и внутренней. Считается, что такой вариант обладает улучшенными цветовыми характеристиками.
Металлогалогенная лампа
Лампа ДРИ 250
Металлогалоге́нная ла́мпа (МГЛ) - один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. Отличается от других ГРЛ тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.
Терминология
До середины 1970-х гг. в отечественной светотехнике применялся термин «металлогалоидная лампа», что было обусловлено наименованием химических элементов VII группы периодической системы - «галоиды». В химической номенклатуре было признано неправильным использование этого термина, поскольку «галоид» в буквальном переводе с греческого - «солеподобный», и в повсеместное употребление вошло слово «галоген » - буквально «солерод», указывающее на высокую химическую активность этих веществ и образование в реакциях с ними солей металлов. Поэтому в настоящее время применяется русскоязычный термин «металлогалогенная лампа», включённый в состав русской редакции Международного светотехнического словаря МКО. Использование словесных ка́лек с английского термина «metal halide lamp» («металлогалоидная», «металлогалидная») является недопустимым.
Применение
МГЛ - компактный, мощный и эффективный источник света (ИС), находящий широкое применение в осветительных и светосигнальных приборах различного назначения. Основные области применения: утилитарное, декоративное и архитектурное наружное освещение, осветительные установки (ОУ) промышленных и общественных зданий, сценическое и студийное освещение, ОУ для освещения больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры и т. п.), освещение спортивных объектов и др. В ОУ технологического назначения МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Компактность светящегося тела МГЛ делает их весьма удобным ИС для световых приборов прожекторного типа с катоптрической и катадиоптрической оптикой.
Принцип действия
Светящимся телом МГЛ является плазма дугового электрического разряда высокого давления. В этом МГЛ схожа с другими типами РЛ. Основным элементов наполнения разрядной трубки (РТ) МГЛ является инертный газ (как правило, аргон Ar) и Hg. Помимо них в газовой среде наполнения присутствуют галогениды некоторых металлов (ИД). В холодном состоянии ИД в виде тонкой плёнки конденсируются на стенках РТ. При высокой температуре дугового разряда происходит испарение этих соединений, диффузия паров в область столба дугового разряда и разложение на ионы. В результате ионизированные атомы металлов возбуждаются и создают оптическое излучение (ОИ).
Основной функцией инертного газа, наполняющего РТ МГЛ, как и в других ртутных РЛ, является буферная, иными словами, газ способствует протеканию электрического тока через РТ при низкой её температуре, то есть в то время, когда большая часть ртути и, тем более, ИД, находятся ещё в жидкой или твёрдой фазе, и парциальное давление их весьма мало. По мере прогрева РТ током происходит испарение ртути и ИД, в связи с этим существенно изменяются как электрические, так и световые параметры лампы - электрическое сопротивление РТ, световой поток и спектр излучения.
Выбор ИД производится таким образом, чтобы заполнить имеющиеся в спектре излучения ртути «провалы» с целью получения необходимого спектра лампы. Так, в МГЛ, используемых для целей общего и местного освещения, необходимо компенсировать недостаток красного и жёлтого света в спектре ртути. В цветных МГЛ необходимо повысить выход излучения в заданном узком спектральном диапазоне. Для МГЛ, используемых в фотохимических или фотофизических процессах, как правило, необходимо повысить интенсивность излучения в ближней ультрафиолетовой области (УФ-A) и непосредственно примыкающей к ней области видимого ОИ (фиолетовой). Сам принцип действия МГЛ был предложен в 1911 г. Ч. Штейнмецом, хотя, проводя исторические аналогии, можно увидеть аналогию и в устройстве «ауэровских колпачков», применявшихся для повышения световой отдачи керосиновых и газовых источников света (ИС).
Как и другие виды РЛ, МГЛ нуждаются в применении специальных устройств для инициирования разряда. В качестве них применяют либо вспомогательные (зажигающие) электроды, в общем аналогичные по конструкции электродам ламп ДРЛ, либо предварительный подогрев одного из электродов до температуры термоэлектронной эмиссии, либо внешние импульсные зажигающие устройства (ИЗУ). Согласование параметров (вольтамперных характеристик, ВАХ) источника электропитания и лампы производится с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА) , в обиходе называемого балластом.
Как правило, в качестве ПРА используется дроссель, иногда - повышающий трансформатор с повышенным магнитным рассеянием, обеспечивающим падающий характер его внешней ВАХ. В последнем случае зажигание разряда в МГЛ происходит под воздействием высокого напряжения холостого хода трансформатора без использования каких-либо иных зажигающих устройств. Возможность широкого варьирования спектральных и электрических характеристик МГЛ, широкий диапазон мощностей и высокая световая отдача способствуют всё более широкому распространению их в различных осветительных установках. МГЛ является одним из наиболее перспективных заменителей ламп ДРЛ, а за счёт более благоприятного для восприятия человеком спектра излучения - и натриевых РЛВД (НЛВД).
Конструкция
Основой МГЛ является РТ (горелка), обычно изготавливаемая из кварцевого стекла . В последние годы всё более широкое распространение получают МГЛ с РТ из специальной керамики. Преимуществом керамических горелок является их более высокая термостойкость.
В большинстве конструкций МГЛ горелка помещается во внешнюю колбу, играющую двоякую роль. Во-первых, внешняя колба обеспечивает нормальный тепловой режим РТ, уменьшая её теплопотери. Во-вторых, стекло колбы выполняет функции светофильтра , сильно обрезающего жёсткое УФ излучение горелки. Для изготовления внешних колб МГЛ используется боросиликатное стекло , механически и термически устойчивое, относящееся по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) к группе вольфрамовых стёкол.
МГЛ, предназначенные для использования в технологических процессах, как правило, внешней колбы не имеют, что обусловлено необходимостью эффективного использования их УФ излучения. С целью уменьшения озонообразования иногда для таких МГЛ используют безозонное кварцевое стекло, значительно ослабляющее выход резонансной линии ртути 185 нм.
МГЛ могут изготавливаться в одно- и двухцокольном (софитном) исполнении (последние предназначены для работы только в горизонтальном положении). Номенклатура используемых цоколей чрезвычайно широка и постоянно расширяется в связи с разработкой новых моделей ламп, предназначенных для специфических условий применения. Некоторые модели ламп, в основном, предназначенные для замены ламп типа ДРЛ, имеют на внутренней стороне внешней колбы слой люминофора.
Для облегчения зажигания МГЛ в некоторых конструкциях РТ предусматривается установка одного или двух вспомогательных (зажигающих) электродов - аналогично конструкции ламп типа ДРЛ . Однако использование такого метода в МГЛ затруднено по ряду причин, обусловленным особенностями химического состава наполнения РТ. Как правило, в МГЛ, оснащённых зажигающим электродом, питание последнего отключается с помощью термоконтакта после зажигания в горелке основного разряда и её прогрева. Более широко применяется зажигание МГЛ с помощью ИЗУ.
Схемы включения в электрическую сеть
ПРА компании Helvar
Электронные ПРА компании Helvar
Резкая зависимость тока МГЛ от напряжения на ней требует включения последовательно с лампой токоограничивающего элемента (ПРА). Большинство МГЛ предназначены для работы с серийными ПРА ламп ДРЛ соответствующей мощности (при отсутствии в колбе лампы специальных зажигающих устройств в таких схемах требуется установка ИЗУ). Существуют МГЛ для работы с ПРА как ДРЛ, так и ДНаТ. Также имеются ПРА специальных конструкций с повышающими автотрансформаторами или трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием или со встроенным ИЗУ, совмещающие функции ограничения тока и стартового поджига лампы.
Процесс прогрева и выхода МГЛ в рабочий режим сопровождается значительными изменениями тока лампы и напряжения на ней, причём к конструкции ПРА и ИЗУ предъявляются особые требования, существенно отличающиеся от требований к ПРА для ДРЛ и натриевых ламп высокого давления. Испарение ИД в процессе прогрева МГЛ делает вероятным погасание лампы из-за недостаточно высокого напряжения на ней.
Крайне опасным для МГЛ является акустический резонанс (АР), возникающий при питании лампы переменным током некоторой частоты (в акустическом диапазоне). Причина возникновения АР заключается в том, что при изменении направления протекания тока, дуга гаснет и, при нарастании напряжения, загорается вновь. При этом, из-за резкого изменения давления в области разряда, возникает акустическая волна, которая отражается от стенок горелки. При некотором значении частоты, возникает явление резонанса. Частота АР зависит от геометрических размеров горелки лампы и скорости звука в ней (то есть от давления в данный момент). Последствиями акустического резонанса являются нестабильность горения лампы, самопроизвольное погасание и, в худшем случае, физическое разрушение горелки. Это явление затрудняет проектирование высокочастотных электронных ПРА для МГЛ. В качестве одного из методов борьбы с АР используется модуляция частоты случайным сигналом. Для ламп малой мощности успешно применяется питание выпрямленным (пульсирующим) током.
Кратковременные перебои в электроснабжении вызывают погасание МГЛ. К такому же исходу может привести сильная вибрация, особенно опасная для ламп с длинной дугой, работающих в горизонтальном положении. Для повторного зажигание МГЛ должна остыть, чтобы давление паров в ней, и, соответственно, напряжение пробоя РТ, снизились. Для освещения особо ответственных объектов, где перебои недопустимы, применяются ПРА быстрого перезажигания. В них зажигание горячей МГЛ достигается за счёт подачи более мощных зажигающих импульсов с амплитудой до 30 - 60 кВ. Такой режим существенно ускоряет разрушение электродов ламп, к тому же требует применения более мощной изоляции токоведущих частей, а потому используется редко.
Цветовая температура горения
Первоначально МГЛ использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего света). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый дневной свет, имеющий индекс цветопередачи более 90.
МГЛ способны излучать свет с относительной температурой горения в диапазоне от 2500 (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.
Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подаваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего света, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать ИД, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба лампы еще не достигла рабочей температуры и ИД ионизировались не полностью.
Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.
Типы и их обозначения
Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 - 20 кВт. Наиболее массовыми являются лампы, используемые в ОУ наружного освещения (одноцокольные 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт и софитные 70 и 150 Вт).
Одноцокольные лампы обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.
Конвекционные потоки металлогалогенидов в плазме дуги МГЛ зависят от направления силы тяжести и существенно влияют на распределение потока энергии, выходящей из горелки МГЛ. Поэтому металлогалогеновые лампы чувствительны к тому положению, в котором они установлены. Лампы рассчитаны только на работу в определенной ориентации. Однако лампы, помеченные маркировкой «universal», могут работать в любом положении, хотя при работе их не в вертикальном положении продолжительность срока службы и интенсивность излучаемого света будут снижаться. Для получения наилучших характеристик при эксплуатации лампы в том случае, если её ориентация известна заранее, необходимо выбирать не универсальную, а соответствующую данной позиции лампу.
Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять отпаечный носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.
МГЛ компании Osram
В системе ANSI обозначение МГЛ начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп - литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, ее форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и ее цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Лампы европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.
Другим обозначением, часто встречающимся при выборе МГЛ, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы OSRAM и обозначает особый тип ламп, производимый данной фирмой. Но со временем этой аббревиатурой стали называть МГЛ любого производителя, в том числе и с двухсторонним цоколем. Европейские МГЛ не соответствуют в точности стандартам ANSI и работают при других значениях тока и напряжения. В большинстве случаев прямой европейский аналог лампы для стандарта ANSI не может работать с американским ПРА, таким образом, для работы с данным типом ламп необходимо выбрать соответствующий ей балласт, обозначенный маркировкой HQI. Например, ПРА M80 и M81 также имеют обозначение HQI, и применяются с лампами мощностью 150 и 250 Вт соответственно.
Колбы
Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17 / 8 или 2 1 / 8 дюйма.
Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) - бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) - эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) - эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) - параболическая, R (Reflector) - рефлекторная, T (Tubular) - трубчатая.
