高压钠灯的不同类型和应用

   近10年来的不断研究,发展了多种改进型和变体型高压钠灯(见表3.3.1),从而将它的应用场所从道路照明扩大到其他场所。

表3.3.1 不同技术的关键工艺和工作参数

(1)标准型高压钠灯和它的变异高压钠灯的使用一直是相当广泛的。由于它的高光效、长寿命和尚可的显色性,现在已习惯地用在道路照明、分界区照明、泛光照明和一些对颜色要求不重要的工业室内照明。使用的灯功率范围是50~1000W,并有不同的外泡壳和灯头形状。一些变化主要是外泡壳和灯头的形状和大小,如双端管型,它将两个电极之间距离放宽,从而实现了热启动;另一种变化是在标准型的产品内装上两个放电管,平时只有一根放电管被触发后工作,一旦电源电压失落,造成放电管熄弧,在电源电压恢复时,处于冷态中的放电管立即触发和工作,这种结构既解决了灯的瞬时热启动问题,同时也延长了灯的使用寿命。

(2)改进光效的高压钠灯

      研究工作发现,提高高压钠灯中氙气压可改进灯的效率,其原因是减少了放电等离子体的热传导。不过,几十年来因其启动困难而难以在产品中实施。近年来发展的电子启动器，提高了启动脉冲电压,并结合内部可靠的启动辅助件,已克服了这个困难,并制造出实用和

      满足需要的替代标准型的产品。除了改进效率外,在灯的性能上增加氙气压得到了另外的好处。它使电弧管内的化学输运过程变得缓慢,显而易见的好处是有利延长灯的寿命,使放电管的管壁负荷提高,这样还可在有相同的寿命情况下提高系统效率。

      充高氙气压改善光效的高压钠灯,按尺寸规格和电气特性,已做成与标准型高压钠灯之间可替换,但仅在触发要求上仍有差异。例如,改进型高功率(250~400W)高压钠灯需要更高的触发电压以确保启动,而标准脉冲的触发器只适合于小功率的高压钠灯(50~150 W)。根据功率的不同,高氙气压的高压钠灯的光效比标准型高压钠灯高7%~15%不等。在同功率范围内,这种类型的灯可作为标准灯的替代品,但在实际实施中,它的功率比标称值略高，这是由于它有更好的功率因数所致。

     改进光效的高压钠灯在实际应用时与标准型高压钠灯相同,但它的性能更好,因此更受青睐。

(3)具有改善显色和色表的灯①色修正的灯。这类灯是利用提高钠蒸气压所产生的效果,通常在放电管末端装上热屏蔽后获得更高的冷端温度,从而改进其显色性。亦即通过损失10%~15%的光效以改进显色性,达到R。=60。但因为它有更高的钠蒸气压,提高了化学活性,会导致缩短灯寿命实际上,只要将改善显色性(更高的钠蒸气压)与改进光效(更高的氙气压)结合起来,达到部分寿命补偿和光效减少是有可能的。这类灯用于室内的工业和商业照明,以及泛光照明中。②“白光”高压钠灯。不断提高钠蒸气压后,灯就有更多的白色光,显色指数可达到R=85,但灯的光效(如100W灯的光效为48lm·W一)和寿命进一步下降。这类灯可使用标准型镇流器,并有可调光的特性。亦即只要简单地调节电源电压,就可以控制灯的发光水平。

“白光”高压钠灯的光色与白炽灯十分相近,但发出的光通量明显增多,适用于室内照明场所的需求。

③ 用脉冲电子工作的方式改善显色性的灯。使高压钠灯产生白光的另一种不同的方法是用高频脉冲方法激发等离子体,它通过变换脉冲特性以改变灯的色温,而灯的显色性几乎没有影响。这类灯不同于前述的灯,只能在有限的功率范围内有效,可用在高质量的室内装饰和演示等照明场合。

(4)非循环(不饱和蒸气)型的高压钠灯

      大多数高压钠灯在其寿命终止时因其工作电压升高,导致不正常“循环”工作状态的发生。这种终止的模式不利于发现需要替换的灯,如无采取异常状态保护电路,会导致触发器和镇流器因重复开关而造成的过载。采用下述两个方法可以克服这个困难:第一种方法是减少放电管内钠汞齐的总量,从而使电弧电压不超过某一限定值;第二种方法是极大地减少钠汞齐数量,使灯在工作时钠和汞全部是蒸气状态。这就是称为“不饱和蒸气”的高压钠灯由于钠没有储存而得不到补充,因此在用以上两种方法时都需要注意防止全寿命过程中钠的减少。现在的研究和开发集中在有抗钠腐蚀能力的更好的电极发射混合体,并精心设计使余下的钠损失减到最小。

      现在,利用上述概念的高压钠灯可以直接替换标准型高压钠灯,它的优点是减少汞量有利于环境保护、改善了电压和功率的稳定性,并缩短了从灯启动到稳定工作的时间,而其应用范围与标准高压钠灯一样。

(5)新的进展

① 无汞高压钠灯。设计一种没有汞、只有钠和氙的高压钠灯是可能的。如果放电管内充人非常高气压的氙气(至少是标准型高压钠灯的10倍),那么它可以像汞一样起缓冲气体的作用--这是一种早期研究高压钠灯时已认识的概念。然而,一些科技新进展的出现,使得这一更富有竞争性的设计成为可能。由于高的氙气压按一般高压钠灯的启动方法难以启动,但若使用更有效的电子触发器后就有可能解决这个问题。氙气不像汞蒸气那样能增加电弧的电场,因此比起标准型高压钠灯来,在相同的工作电压下放电管应该明显地更长和更细。这种放电产生的光色因氙的影响,而使钠光谱变得更绿，

迫于保护环境的呼声,这种设计吸引力。无汞灯已宣告出现,其形式可能与现有设计一致,也有可能成为全新的一族产品,对此目前尚难以下结论。

②新的部件。高压钠灯的参数取决于其部件的各种参数,如灯管材料、电极材料和封接玻璃。改进这些材料的性能、拓展新材料品种的多种努力正在积极进行之中,以便可以放宽目前设计高压钠灯的许多限制。

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