Лампа разрядная металлогалогенная. Металлогалогенные лампы - виды, характеристики, применение, преимущества

Одной из последних разработок современных технологов считается изобретение металлогалогенных ламп (МГЛ). Это разновидность газоразрядных ламп, которые, несмотря на свою компактную форму, являются одними их максимально сильных ресурсов света. Они широко применяются в самых различных сферах, от архитектурной и сценической подсветки до освещения парников и аквариумов.

Принцип действия МГЛ

МГЛ имеет сходные черты с некоторыми видами разрядных ламп, где принцип светящегося тела заключен в работе плазмы дугового электрического разряда высокого давления. Горелка МГЛ заполнена инертным газом, ртутью и рядом галоидов (солей-галогенидов). Принцип работы металлогалогенной лампы заключается в следующем: излучение света в колбе МГЛ совершается под высоким давлением вследствие реакции инертного газа и ртути с определенным числом солей-галогенидов. Во время первичного поступления напряжения на МГЛ тепло, которое фокусируется в колбе после зажжения аргоновой дуги, при повышении температуры и давления, начинает превращать ртуть и соляную смесь в пар, что приводит к излучению света.

Как и многие газоразрядные лампы МГЛ нуждаются во вспомогательных устройствах (дополнительно зажигающихся электродах, импульсно зажигающихся единицах) для инициирования разряда, функционирования должного уровня рабочего напряжения.

Для того чтобы параметры источника электропитания и лампы соответствовали друг другу, используется пускорегулирующий аппарат (ПРА), всем известный под названием балласта.

Особенности конструкции МГЛ

Учитывая конфигурацию, устройство МГЛ имеет свои отличительные характеристики:

  • наличие внутренней оболочки, МГЛ с однонаправленным цоколем, или её отсутствие, МГЛ с двунаправленным цоколем;
  • металлический цоколь;
  • внешняя колба из боросиликатного стекла, которое служит для сбережения внутренних элементов МГЛ, выступает в роли светофильтра и терморегулятора, является источником защиты от оксидирования элементов внутренней оболочки. МГЛ без наружной колбы, изготавливаются из безозонного кварцевого стекла с целью ослабления выхода ртути;
  • дополнительные (зажигающие) и вольфрамовые электроды;
  • особое покрытие фосфором внутренней оболочки наружно стеклянной колбы для улучшения качества цветопередачи;
  • провода, поддерживающие внутреннюю колбу электрической дуги (горелку), которая изготовлена из плавленого кварца, или алюминиевую внутреннюю колбу, изготовленную из поликристаллического алюминиевого оксида.

Виды металлогалогенных ламп

Типы МГЛ

Определенная форма дуги во внутренней колбе оказывает влияние на фиксированное положение лампы, что и определяет её тип:

  • одноцокольные / односторонние МГЛ с условным обозначением SE (single-ended) вставляются в патрон при помощи резьбы на цоколе;
  • двухцокольные / двусторонние МГЛ имеют условное обозначение DE (double-ended) и вставляются в патроны, которые находятся с обеих сторон лампы;
  • универсальные МГЛ с маркировкой «universal», которые могут работать в горизонтальном или вертикальном положении.

Двухцокольная МГЛ

Технические характеристики МГЛ

Эффективность определяется целым набором высокотехнических характеристик металлогалогенных ламп.

Мощность. Спектр номинальной энергии МГЛ необычайно огромен. Диапазон начинается от небольшого количества десятков ватт (70, 100, 150, 175, 250, 400 и 1000 Вт) и способен доходить до 10 ‑ 20 кВт.

Срок службы. Срок действия немногих видов МГЛ может составлять 15 000 часов. Чтобы определить средний срок службы МГЛ рекомендуется учитывать продолжительность эксплуатации и их техническое устройство (дросселя или электронный ПРА). Средняя частота включения и ритм выключения ‑ еще один немаловажный признак, влияющий на срок службы МГЛ. Длительность службы таких ламп зависит от постоянной номинальной мощности и избегания выключения МГЛ во время запуска.

Не рекомендуется использовать МГЛ, срок эксплуатации которых превышает хотя бы 25% указанного срока службы из-за возможности растрескивания. По истечении срока службы у таких ламп может снизиться уровень качества светового потока.

Качество цветопередачи. При выборе ламп для освещения различных предметов и сооружений нужно принимать во внимание её способность к передаче истинного цвета и учитывать возможные эффекты оттенков света. Это определяется параметром индекса цветопередачи, о котором читайте . Изначально МГЛ использовались для создания света, максимально приближенного к естественному, так как способны были излучать белый дневной свет с индексом передачи 80.

Современные МГЛ уже имеют индекс цветопередачи свыше 90. Например, индекс цветопередачи более 80 или 90 играет главенствующую роль для придания естественного цвета продуктам. Неестественный оттенок, который создается при освещении ламп с низким индексом цветопередачи, приводит к тому, что покупатель не обращает внимания на товар или, более того, избегает его покупки.

Однако определить цветовые коэффициенты МГЛ 100% не всегда возможно по причине фабричных отклонений или без преодоления порога горения в 100 часов. Мощность питания электрической сети также сказывается на цветопередаче лампы. Недостаточная мощность питания изменяет физическую температуру, так что свет такой лампы приобретает синеватый оттенок. Качество цветопередачи часто изменяется по мере эксплуатации, отражаясь на свете лампы.

Цветовая температура. Характеристики цветовой температуры и спектральный состав излучения, измеряемой в единицах Кельвина (К.), очень важны для создания теплых или холодных оттенков при освещении предметов и создания правильного визуального образа. Так, способность МГЛ создавать температуру горения со спектром от 2500 единиц Кельвина (приобретает жёлтый оттенок) до 20 000 единиц Кельвина (становится синим) может быть вызвана необходимостью различного применения, например, для растений или животных.

Некоторые МГЛ обладают функцией «предварительный прогрев» (примерно 300 единиц Кельвина), что сказывается на цветопередаче, но МГЛ нового поколения улучшили показания от 100 до 200 единицах Кельвина.

Цоколь. Наиболее употребительными МГЛ считаются лампы с односторонним винтовым цоколем, который вкручивается в патрон светильника. Двуцокольные МГЛ популярны благодаря возможности снижать потерю световой энергии.

Область применения напрямую зависит от МГЛ, среди которых выделяют одноцокольные МГЛ с керамической / кварцевой горелкой, двухцокольные МГЛ с керамической / кварцевой горелкой, бесцокольные МГЛ с кварцевой горелкой.

Световой поток. Световой поток металлогалогенных лампочень важен при определении силы света лампа. Эта техническая характеристика лампы способна раскрыть возможность определенного источника света при освещении помещения.

Световая величина МГЛ составляет 75 ‑ 100 лм / Вт и превышает показатели других световых источников. Так, вольфрамовая лампа накаливания имеет всего лишь светоотдачу в 10 ‑ 22 лм / Вт.

Схема включения МГЛ

Схема включения металлогалогенной лампы сходна со схемой всех газоразрядных ламп. Небольшое отличие состоит лишь в том, что вместе с электромагнитным или электронным ПРА, о которых читайте , требуется специальное поджигающее устройство, которое обеспечивает зажигание в несколько кВт.

Подключение металлогалогенных ламп идет с балластом, который создаёт сдвиг между током и напряжением, и конденсатором, служащим для компенсации коэффициента мощности. МГЛ поглощают малочастотный ток, а электронные аппараты включения иногда гораздо легче (в 3 ‑ 4 раза), так как функционируют как балласт, зажигающее устройство и компенсирующий конденсатор.

  • внешнее освещение различных карьерных разработок;
  • во время съемок телевизионных репортажей и кино.

    • Металлогалогенный прожектор для архитектурной подсветки

    МГЛ – энергоэффективный тип лампы, который обладает повышенной светоотдачей и цветоотдачей. Высокий срок эксплуатации и хорошее качество освещения делает возможным применение этих ламп в разных сферах, а компактность и небольшой размер подходят для установки в труднодоступных местах.

    Вконтакте

    Металлогалогенные лампы (МГЛ) - это высокомощные источники освещения, обладающие относительно небольшим энергопотреблением. Такие приборы являются разновидностью газоразрядных элементов высокого давления. Образование светового потока происходит в плазме дугового разряда за счёт того, что внутри колбы находятся галогениды определённых металлов.

    Как устроена лампа металлогалогенная?

    Основной составляющий компонент металлогалогенной лампы - горелка. Этот разрядный сосуд, изготовленный из кварцевого стекла, при работе испускает вредное ультрафиолетовое излучение. Для его задержания используется внешняя колба, внутри которой и расположена горелка.


    Ещё одним предназначением этой наружной оболочки является уменьшение тепловых потерь. Изготавливается внешняя колба из устойчивого боросиликатного стекла. Также внутри этого элемента находятся пары ртути и электроды, создающие дуговой разряд.

    Принципы работы металлогалогенной лампы

    МГЛ заполнены галогенидами - специальными добавками в виде инертных газов. В качестве излучающих компонентов используют сложные соединения цезия, редкоземельных металлов и олова. Именно в результате возникновения электрических разрядов в парах металла происходит свечение. В зависимости от содержания того или иного инертного газа внутри горелки устанавливается стоимость металлогалогенной лампы.

    Если осветительный элемент находится в неработающем состоянии, происходит оседание излучающих добавок на стенки разрядной колбы. Когда лампа металлогалогенная включается, происходит нагревание поверхности горелки. Вследствие этого осевшие химические элементы начинают испаряться и попадают в зону действия дугового разряда, возникшего между электродами. Здесь на галогениды воздействует высокая температура, и они распадаются на ионы. Вследствие возбуждения частиц металла и образуется свечение.

    Классификация металлогалогенных ламп

    Металлогалогенные лампы можно классифицировать в зависимости от мощности, цветности излучения, конструктивного исполнения и типа цоколя.

    Мощность источников освещения может быть следующей: 20, 35, 50, 70, 150, 250, 400, 700, 1000, 2000 и 3500 Ватт. Каждой из этих ламп необходимо своё напряжение электросети. Элементам с мощностью 2000 и 3500 Вт для работы необходимо 380 В. А все остальные источники освещения, к примеру, лампа металлогалогенная 400 Вт, подключаются к сети с напряжением 220 В.

    Показатель цветности излучения источников освещения варьируется от тепло-белого в 3000 К до дневного в 6500 К. Также существуют цветные металлогалогенные лампы следующих оттенков: синий, зелёный, оранжевый и пурпурный.

    По своему конструктивному исполнению эти элементы освещения могут быть бесцокольными, одноцокольными и двухцокольными (софитными).

    Тип цоколя может быть следующим:

    • E27 и E40. Стандартная форма с резьбой для элементов освещения с мощностью от 250 до 2000W.
    • G8,5 и G12. Используется для источников света небольшой мощности, какой, к примеру, является лампа металлогалогенная 70W.
    • RX7s. Применяется в элементах освещения с двумя цоколями.

    Подключение металлогалогенных ламп

    Лампа металлогалогенная не способна работать, если её подключить напрямую к энергосистеме. Чтобы такой источник света правильно функционировал, необходимо использование специального балласта и импульсного зажигательного устройства, ведь работа элемента освещения осуществляется от переменного тока. Высоковольтный разряд может быть обеспечен электронным или электромагнитным пускорегулирующим аппаратом.

    Первый вариант предпочтительнее, ведь при его использовании срок службы лампы увеличивается, излучаемый свет более ровный, значительно снижается сила тока при пуске и работе.

    Преимущества металлогалогенных ламп

    Такие элементы освещения обладают следующими преимуществами:


    Недостатки металлогалогенных ламп

    К основным недостаткам этих источников света относятся следующие:

    • Значительное тепловыделение. В связи с этим рекомендуется устанавливать металлогалогенные лампы на определённой высоте, причём чем мощнее лампа, тем больше это значение.
    • Длительное время зажигания. Лампам небольшой мощности требуется около трёх минут для достижения максимальной яркости, а источникам света с более высоким показателем необходимо для этого около десяти минут.
    • Невозможность диммирования. Металлогалогенные лампы не предназначены для плавного регулирования яркости освещения.
    • Высокая стоимость. Хорошие источники света отличаются дороговизной в сравнении с традиционными лампами накаливания, но замену им, подходящую по качеству и с более низкой ценой, найти сложно.

    Металлогалогенные лампы дают качественное освещение и обладают хорошей цветопередачей. Благодаря этому область их применения обширна. Такие лампы применяют для освещения как открытых, так и закрытых спортивных сооружений, стадионов, производственных зданий, концертных залов. Также их используют в торговых центрах, гостиницах, ресторанах, школах, офисах и для архитектурного подсвечивания строений.

    Основными недостатками обычных источников света являются огромные потери энергии и недолговечность. Использование более совершенной технологии позволяет увеличить продолжительность работы металлогалогенных ламп втрое, а также вдвое сократить энергопотребление. Их заявленные характеристики остаются неизменными. Снижение интенсивности излучения на 1-2% у металлогалогенных ламп (МГЛ) наблюдается только к концу эксплуатационного срока.

    Все источники света этого вида причисляют к газоразрядным лампам. Основную их часть составляет горелка из кварцевого стекла или керамики. В процессе производства приборов используются термостойкие материалы, колба выполняется из боросиликатного стекла с незначительным коэффициентом теплового расширения. Модельный ряд МГЛ очень разнообразен, производители постоянно пополняют его новинками для специализированного применения.

    Технические характеристики металлогалогенных ламп

    Фото

    Артикул

    Наименование

    Мощность, Вт

    Упаковка


    FOTON MH 400W E40 WHITE (BT) 5200K 28000lm 10000h d62 l283 - лампа (050)

    FOTON MH 250W E40 WHITE 5200K 20800lm 10000h d46 l256 - лампа (046)

    OSRAM HQI-TS 150W/GREEN EXC RX7S - цветная лампа

    OSRAM HQI-TS 150W/MAGENTA RX7S - цветная лампа

    HCI - PAR20 35W/830 WDL PB SP 10D E27 (защ. стекло матовое) OSRAM - лампа

    FOTON MH 250W Е40 BLUE - лампа (044)

    HCI TT 100W/830 WDL SUPER 4Y WDL PB E40 OSRAM - лампа

    FOTON MH 400W E40 BLUE (BT) - лампа (048)

    HCI TT 150W/830 WDL PB E40 OSRAM - лампа

    FOTON MH 400W E40 RED (BT) - лампа (049)

    Лампа (051)

    FOTON MH ДРИ 70W RX7s 5200K WHITE

    Лампа ДРИ (046) FOTON MH ДРИ 250W E40 WHITE 5200K 20800lm 10000h d46 l256 -

    HCI-TT 150W/830 WDL PB E40 OSRAM - лампа

    Лампа E27 OSRAM HCI-ET 50W/830 SUPER 4Y

    лампа (057)FOTON MH 150W RX7s-24 GREEN

    Лампа (058)FOTON MH 150W RX7s-24

    Лампа (047) FOTON MH 400W E40 (BT)

    Лампа OSRAM HCI - PAR30 35W/942 NDL PB SP 10D E27 (защ. стекло матовое)

    Лампа OSRAM HCI - PAR30 70W/930 WDL PB FL 30D E27 (4008321964595нов)

    Лампа HCI-TM 400W/930 WDL PB G22

    Преимущества и недостатки металлогалогенных ламп

    МГЛ обладают многими достоинствами:

    • энергоэффективностью;
    • высокой мощностью;
    • значительной светоотдачей: 80–170 люмен/Ватт;
    • неприхотливостью к условиям эксплуатации, в частности, к изменениям температуры;
    • излучаемый свет максимально приближен к солнечному, в результате не раздражает глаз;
    • компактностью.

    Однако металлогалогенные лампы отличаются достаточно высокой стоимостью, меняют цветность излучения при перепадах напряжения в электросети. Кроме того, на выход МГЛ на рабочий режим требуется время.

    Но эти недостатки не важны для тех условий, в которых обычно эксплуатируют металлогалогенные лампы. Для наружного освещения наиболее значимы мощность источника и его энергосберегающие качества. Именно их и обеспечивают лампы металлогалогенного типа.

    МГЛ позволяет экономить электроэнергию при высокой яркости излучения. Благодаря миниатюрности стеклянной колбы такие лампы можно вставлять в компактную технику, мощные источники света могут использоваться для направленного прожекторного излучения.


    Уникальной характеристикой металлогалогенных ламп является непревзойденная цветопередача, максимально соответствующая солнечному свету. Именно поэтому МГЛ отдается предпочтение при освещении торговых залов и витрин. После включения металлогалогенные лампы быстро достигают заявленного уровня мощности. Излучаемый белый цвет приятен для глаз, а холодные и синие оттенки востребованы в промышленности.

    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.

    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.

    Похожие статьи