Co jsou to plynové výbojky?

Vysokotlaké rtuťové výbojky mají složitou konstrukci, včetně křemenné nebo keramické baňky naplněné rtuťovými parami a inertním plynem. Tyto typy výbojek fungují tak, že se elektricky vybíjejí přes rtuťové páry, což způsobuje intenzivní vyzařování ultrafialového světla, které je pak pomocí fosforu přeměněno na viditelné světlo. Hlavními oblastmi použití RLVD jsou zdravotnická zařízení (ultrafialové baktericidní a erytémové ozařovače), pro dezinfekci vzduchu, potravinářských výrobků, vody, pro fotopolymeraci laků a barev, osvit fotorezistů a další fotofyzikální a fotochemické technologické procesy.

Lampy o výkonu 400 a 1000 W se používají v divadlech k osvětlení scén a kostýmů natřených fluorescenčními barvami.

Vysokotlaké sodíkové výbojky (HPS)

Vysokotlaké sodíkové výbojky se vyznačují vysokou světelnou účinností a životností. Skládají se ze skleněné baňky naplněné parami sodíku a inertním plynem. Při elektrickém vybití sodíkové páry ionizují a vyzařují charakteristické žluté světlo. NLVD se široce používají pro pouliční osvětlení, v tunelech a na dálnicích. Tyto výbojky jsou vysokotlaké výbojky.

Kovové halogenidové výbojky

Kovové halogenidové výbojky kombinují prvky rtuťové a sodíkové výbojky. Obsahují halogenidy kovů, které zlepšují podání barev a zvyšují světelnou účinnost. Součástí konstrukce je baňka s halogeny a inertním plynem. Využití takových svítidel je široké: od architektonického osvětlení až po osvětlení sportovních zařízení a průmyslových areálů. Emisní spektrum plynových výbojek může v tomto případě zahrnovat širokou škálu barev.

Neonové lampy jsou známé svým jasným a rozmanitým světlem používaným v reklamě a designu. Skládají se ze skleněné trubice naplněné inertním plynem (neon). Při použití vysokého napětí se plyn ionizuje a vytváří jasnou záři. Díky tomu jsou neonové lampy ideální pro značení a dekorativní osvětlení. Taková zařízení s plynovými výbojkami lze často vidět v městské krajině.

Zářivky se skládají ze skleněné trubice potažené zevnitř fosforem a naplněné rtuťovými parami a inertním plynem. Elektrický výboj produkuje ultrafialové záření, které se přeměňuje na viditelné světlo. Tyto lampy jsou široce používány v domácím a kancelářském osvětlení díky své energetické účinnosti a odolnosti. Zářivky se používají ve veřejných budovách a podnicích se používají také v každodenním životě.

Jaké další typy svítidel existují?

Kromě běžně používaných typů existují i ​​méně známé výbojky jako indukční a xenonové výbojky. Indukční lampy nemají elektrody a pracují pomocí vysokofrekvenčního magnetického pole. Tato technologie výrazně zvyšuje životnost a spolehlivost lampy, takže jsou ideální pro použití v místech, kde je výměna lampy obtížná nebo nákladná. Xenonové výbojky zase vyzařují bílé světlo, spektrem blízké dennímu světlu. Nacházejí uplatnění ve specifických aplikacích, jako je automobilové osvětlení a projektory, díky své schopnosti poskytovat jasné a rovnoměrné osvětlení.

Výhody plynových výbojek

HID lampy mají několik výhod oproti jiným typům lamp, díky čemuž jsou oblíbenou volbou v různých aplikacích osvětlení. Zde jsou některé z těchto výhod:

Energetická účinnost: HID výbojky, jako jsou sodíkové a halogenidové výbojky, poskytují vysoký světelný výkon při nízké spotřebě energie. Díky tomu jsou hospodárné, zejména pro pouliční a průmyslové osvětlení.

Trvanlivost: HID výbojky, zejména vysokotlaké sodíkové a rtuťové výbojky, mají dlouhou životnost, snižují četnost výměn a náklady na údržbu.

Široká škála aplikací: HID žárovky se používají v široké škále aplikací, od pouličního osvětlení a sportovních arén až po architektonické a dekorativní osvětlení. Díky své všestrannosti jsou vhodné pro různé provozní podmínky.

Světelný výkon: Halogenidové a sodíkové výbojky poskytují vysoký jas a dobré podání barev, což je důležité pro osvětlení velkých prostor a objektů, které vyžadují jasné a rovnoměrné osvětlení.

Cenová dostupnost: Ve srovnání s indukčními a xenonovými výbojkami mají HID výbojky často nižší výrobní a pořizovací náklady, díky čemuž jsou dostupnější pro masové použití.

Snadná výměna a instalace: Výbojky jsou standardizované a snadno se vyměňují, což usnadňuje jejich instalaci a údržbu.

Plynové výbojky jsou tedy stále žádané díky kombinaci energetické účinnosti, odolnosti, vysoké světelné účinnosti a cenové dostupnosti.

Jak fungují plynové výbojky?

Plynové výbojky jsou světelné zdroje založené na elektrickém výboji prostřednictvím ionizovaného plynu. Jejich princip fungování a konstrukce poskytují vysokou účinnost a širokou škálu aplikací. HID lampy se dodávají v mnoha variantách a používají se v různých aplikacích, od pouličního osvětlení až po dekorativní aplikace.

Mezi hlavní fyzikální procesy probíhající v plynových výbojkách patří ionizace plynu a pohyb elektronů a iontů. Při přivedení vysokého napětí na elektrody umístěné uvnitř lampy dojde k elektrickému výboji. Tento výboj ionizuje plyn vyplňující lampu a vytváří plazmu. Elektrony a ionty, urychlované elektrickým polem, narážejí na atomy plynu, vzrušují je a způsobují emisi fotonů, které jsou zdrojem světla.

Zařízení plynových výbojek

Výbojky se skládají z několika klíčových součástí:

Baňka: Průhledná nádoba, obvykle vyrobená ze skla nebo křemene, obsahující plyn.

Elektrody: kovové prvky umístěné na okrajích žárovky, přes které je přiváděno vysoké napětí.

Ušlechtilý plyn nebo kovové páry: Směs plynů uvnitř baňky, která je ionizována za vzniku světla.

Každá součást hraje důležitou roli při provozu lampy. Baňka zadržuje plyn a zabraňuje jeho úniku, elektrody vytvářejí potřebné elektrické pole pro ionizaci a plyn určuje vlastnosti vyzařovaného světla. Konstrukce výbojky umožňuje optimální využití všech komponentů pro dosažení nejlepšího světelného výkonu.

Vlastnosti provozu různých typů lamp

Rtuťové výbojky: Tyto výbojky využívají rtuťové páry spolu s inertním plynem (jako je argon). Vysoké napětí ionizuje rtuťové páry, což způsobuje jejich záři. Tato záře má široké spektrum, včetně ultrafialového světla, které je následně přeměněno na viditelné světlo fosforovým povlakem na vnitřní straně žárovky. Nízkotlaké rtuťové výbojky jsou zvláště účinné pro osvětlení velkých prostor.

Sodíkové výbojky: Tyto výbojky obsahují sodík, který se při vysokém napětí ionizuje. Ionizace sodíku má za následek emisi světla v úzkém spektru, často žluté nebo oranžové. Sodíkové výbojky jsou pro svou vysokou účinnost široce používány pro pouliční osvětlení. Nízkotlaké výbojky, jako jsou sodíkové výbojky, mají dlouhou životnost a vysokou světelnou účinnost.

Halogenidové výbojky: Tyto výbojky využívají halogenidy kovů, které ionizují a vytvářejí jasné bílé světlo. Halogenidy kovů, jako je jodid sodný nebo skandium, poskytují vysoké podání barev a intenzitu světla, díky čemuž jsou oblíbené pro osvětlení velkých prostor a sportovišť.

Neonové lampy: Základním principem fungování neonových lamp je ionizace neonu. Tyto lampy jsou známé svými jasnými a rozmanitými barvami, kterých je dosaženo přidáním různých inertních plynů a fosforů. Často se používají pro dekorativní a reklamní osvětlení. Neonové lampy jsou klasickým příkladem plynových výbojek používaných k vytvoření vizuálně přitažlivých efektů.

Fluorescenční lampy: V těchto lampách elektrický výboj ionizuje rtuťové páry, které vyzařují ultrafialové světlo. Fosforový povlak na vnitřní straně žárovky přeměňuje ultrafialové světlo na viditelné světlo. Zářivky jsou účinné a používají se v celé řadě obytných a komerčních aplikací. Tyto lampy jsou příkladem elektrické výbojky, která se aktivně používá k vytvoření vysoce kvalitního a jednotného osvětlení.

Výbojka je výbojka, ve které vzniká optické záření v důsledku elektrického výboje v plynech, parách nebo jejich směsích. Princip činnosti výbojek je založen na elektrickém výboji mezi dvěma elektrodami zatavenými v průhledné baňce. Tvar baňky může být různých tvarů: trubicovitý, kapilární, kulovitý. Výbojky jsou klasifikovány podle řady charakteristik: fyzikální, konstrukční, provozní a také podle oblasti použití. Klasifikace podle fyzikálních vlastností určuje vlastnosti výbojek, jako je spektrum a barva záření, jas a energetická účinnost. U výbojek jsou určujícími faktory složení plynného média, tlak složek plynného média a proud. Podle složení plynů nebo par, ve kterých k výboji dochází, se dělí na lampy s výbojem v plynech; v kovových parách; v parách kovů a jejich sloučenin. Podle provozního tlaku se výbojky dělí na: nízkotlaké – přibližně od 0,1 do 10 4 Pa; vysoký tlak – od 3×10 4 do 10 6 Pa a ultravysoký tlak – více než 10 6 Pa. Podle typu výboje – pro lampy: obloukový, doutnavý a pulzní výboj. Rozsah výbojek je dán tím, že mají ve srovnání s žárovkami nejvyšší světelnou účinnost a dlouhou životnost. Zářivky (fluorescenční) jsou nízkotlaké plynové výbojky. Zářivky jsou nízkotlaké výbojkové světelné zdroje, ve kterých je ultrafialové záření ze rtuťového výboje přeměněno fosforem na dlouhovlnné viditelné záření. Fosfory jsou pevné nebo kapalné látky schopné vyzařovat světlo pod vlivem různých druhů buzení. Podle charakteru výboje v zářivkách se dělí na obloukové zářivky s horkými katodami, doutnavé výbojky se studenými katodami a vírové výbojky bez elektrod.

Doporučené materiály

Maran softwarové inženýrství
Softwarové inženýrství
Technický úkol
Inženýrská grafika
Písemné práce na klíč! KM-3 + KM-4.
Mikroprocesorové systémy (MPS)
4990 4539 rublů.
Libovolný výkres A3 podle technické grafiky
Inženýrská grafika
KM-3. Predikátová logika. Logické důsledky. Test
Inteligentní informační systémy (IIS)
KM-4. Analýza organizační struktury podniku. Práce na projektu do 3 dnů.
Základy teorie řízení (OTU)
3500 2990 rublů.

Obloukové zářivky lze rozdělit na zářivky pro všeobecné použití a zářivky pro speciální účely. Univerzální zářivky jsou určeny pro osvětlení v různých aplikacích. Nízkotlaká zářivka je válcová skleněná žárovka 2 (obr. 3.1), na jejichž koncích jsou sokly 1 instalovány wolframové spirálové elektrody 6. Na vnitřní povrch je po celé délce nanesena tenká vrstva pevné krystalické práškovité látky, fosforu. 4. Fosforem je halogenfosforečnan vápenatý dávkovaný manganem a antimonem. Změnou podílu složení fosforu je možné získat zářivky s různými barvami vyzařování světla. Obr. 3.1. Vzhled a průřez zářivky: 1 – základna; 2 – baňka; 3 – páry rtuti; 4 – fosforová vrstva;
5 – kontaktní kolíky základny; 6 – spirálová elektroda Po odčerpání vzduchu při výrobě lampy se do baňky vpustí kapka rtuti (20. 30 mg), která se při provozu lampy odpaří. Zavádí se také malé množství čistého plynu, argonu, aby se snížil proces odpařování wolframových elektrod a urychlilo se zapálení lampy. Délka a průměr skleněné trubice jsou určeny výkonem lampy a napětím, pro které je určena a jsou k dispozici v průměrech 40, 26 a 16 mm. Tvary jsou lineární, ve tvaru U, ve tvaru prstence a kompaktní. Světelná účinnost zářivek je přibližně 40, 50, 60, 80 lm/W a více. Vyrábějí se zářivky o výkonu 20, 30, 40, 80 W s žárovkou o průměru 40 mm a vylepšeném provedení 18, 36, 58 W s žárovkou o průměru 26 mm. Označení zářivek se skládá z písmen označujících konstrukční vlastnosti a čísel označujících výkon zářivek. První písmeno je typ svítidla L – zářivka, TL – signální, LL – doutnavý výboj, GR – trubice pro světelnou reklamu; druhé písmeno – barva záření B – bílá, TB – teplá bílá, HB – studená bílá, D – denní světlo, E – přírodní bílá, UV – ultrafialová, K – červená, C – modrá, Z – zelená, G – modrá ; třetí skupina písmen – jedno nebo dvě písmena C – vysoká nebo velmi vysoká kvalita podání barev; čtvrtý prvek – jedno písmeno – konstrukční vlastnosti svítilny: P – reflektor, U – tvar U, K – kroužek, B – rychlý start, A – amalgám; pátý prvek je skupina čísel – výkon lampy ve wattech. Zářivky jsou připojeny k elektrické síti pomocí předřadníků (předřadníků) k zapálení a zajištění normálního provozu. To komplikuje konstrukci, potažmo cenu svítidel a určitou obtížnost provozu, což je jistě nevýhoda zářivek. Mezi nevýhody zářivek patří obtížná recyklace z důvodu přítomnosti rtuti v baňce, nespolehlivý provoz v rozmezí teplot do 15°C a nad 25°C a relativně malá stabilita světelného toku po dobu jejich životnosti. Kromě těchto nevýhod mají zářivky řadu výhod, mezi které patří: – lineární zdroj světla, který umožňuje vytvořit rovnoměrnější osvětlení a estetický design osvětlovací instalace; – vysoká světelná účinnost až 100 lm/W; – dlouhá životnost až 10000 12000…XNUMX XNUMX hodin; – nízký jas a teplota povrchu žárovky; – kvalitní podání barev (u určitých sérií svítidel); – relativně nízké výrobní náklady. Pro zapálení zářivky a její normální provoz je nutný elektromagnetický předřadník (EMG) nebo elektronický předřadník (EPG) v mezinárodní praxi se obvykle nazývají „předřadník“ nebo „elektronický předřadník“. V závislosti na obvodu spínání žárovek se používají startovací a nestartovací elektronické předřadníky. Elektronické předřadníky spouštěče se skládají z tlumivky, spouštěče (zapalovače) a kondenzátorů. Startér slouží k automatickému předehřátí elektrod a zapálení lampy. Jedná se o doutnavou výbojku, sestávající ze skleněného válce 2 naplněného inertním plynem – neonem (obr. а). Ve skleněné nádobě jsou umístěny dvě elektrody: jedna kovová, druhá bimetalová. Mezi elektrodami je mezera 2. 3 mm. Tlumivka je induktor s jádrem z elektrooceli. Tlumivka má indukčnost 4. 5 H. Tak velké indukčnosti je obvykle dosaženo prostřednictvím ocelového jádra s vysokou magnetickou permeabilitou. Tlumivka vytváří mechanické vibrace svítidla o frekvenci 50 Hz s odpovídajícím akustickým tlakem na této frekvenci. Tato indukčnost má navíc za následek významný fázový posun mezi proudem a napětím a snížení účiníku. Závažnou nevýhodou napájecího obvodu na síťové frekvenci jsou pulzace světelného toku svítilny v důsledku malé setrvačnosti fosforu, což vede při provádění řady výrobních operací s rotačními mechanismy ke stroboskopickému efektu. Na Obr. Obrázek 3.2 ukazuje typický obvod zapalování spouštěče pro zářivku připojenou k síti 220 V Při zapnutí svítidla spínačem SA jsou její elektrody a spouštěč zapnuty na plné síťové napětí. Síťové napětí nestačí k zapálení lampy, ale stačí k vybití startéru. Ve startéru dochází k doutnavému výboji, pod jehož vlivem se bimetalová elektroda zahřívá a ohýbáním se uzavírá s druhou elektrodou neonové lampy. Startovací obvod se uzavře a začne proces zahřívání elektrod lampy. Na konci výboje ve startéru se bimetalová elektroda ochladí, narovná a přeruší elektrický obvod. A protože je do elektrického obvodu zapojena indukční zátěž (tlumivka) v sérii s lampou, v okamžiku otevření dojde ke zvýšenému napěťovému impulsu, který způsobí silný obloukový výboj ve lampě a zapálí ji. а) б) Obr. 3.2. Elektrické schéma připojení zářivky do sítě: а – startér (neonová doutnavka): 1 – kovová elektroda; 2 – skleněná nádoba; 3 – ochranný obal;
4 – bimetalová elektroda;
б – základní schéma: 1 – startér; 2 – lampa; 3 – předřadná tlumivka Napětí dodávané do elektrod lampy ovlivňuje volné elektrony a ionty v plynu a způsobuje jejich pohyb. Pohybující se elektrony a ionty se na své cestě srážejí s atomy plynu a vytrhávají ze svých drah další elektrony, které lavinovitě zvyšují tok pohybujících se částic. Vyrušení elektronů z jejich drah je doprovázeno uvolněním světelných kvant. V tomto případě leží rezonanční záření plynů vyplňujících trubici (pary rtuti nebo páry sodíku) v ultrafialové oblasti spektra a výboj tedy nemůže být zdrojem viditelného záření. Na vnitřní povrch trubice je proto nanesen fosfor, který přeměňuje ultrafialové záření plynu – výplně trubice – na záření viditelného spektra. Fosfor musí mít dostatečně velkou setrvačnost, aby se snížilo blikání světla při napájení lampy z průmyslové sítě. Zapalovací obvod spouštěče je relativně jednoduchý a levný, a proto je široce používán, ale způsobuje dodatečnou spotřebu energie asi 20% v důsledku zařazení tlumivky do obvodu. Charakteristika zářivek Světelný tok zářivkových světelných zdrojů závisí především na výkonu výbojek a emisní spektrum závisí na složení fosforu. Například LD lampy vyzařují 92 % toku v rozsahu 460. 610 nm, LBC lampy – 94 % v rozsahu 510. 660 nm. Pulsace světelného toku je způsobena zhasnutím a opětovným zapálením výbojky v každém půlcyklu střídavého proudu. Osvětlení předmětů pulzujícím světelným tokem unavuje vidění a způsobuje stroboskopický efekt (zdánlivá nehybnost předmětu, když se frekvence pulsace světelného toku a pohybujícího se předmětu shodují). Pulsace světelného toku je charakterizována koeficientem pulzace , (3.1) kde – maximální, minimální a průměrná hodnota světelného toku žárovky, lm. Pulzační koeficient je určen složením luminoforu a obvodu připojení sítě (25. 40%). Světelná účinnost zářivek je 60. 80 lm/W a závisí na vlastnostech fosforu, poměru délky a průměru trubice svítidla. Ke konci životnosti zářivek se světelná účinnost snižuje o 30. 40 %. Je to způsobeno nevratnými chemickými reakcemi fosforu s nečistotami v plynech, opotřebením elektrod a dalšími faktory. Životnost zářivek závisí na odporu elektrod. Elektrotechnický průmysl vyrábí zářivky s životností až 10. 12 tisíc hodin. Kromě startovacích obvodů pro zapalování zářivek se používají bezstartérové ​​obvody. Bezstartérové ​​zapalovací obvody se dělí na transformátorové a pulzní. Výrobci pro různé spínací obvody zářivek (startovací i nestartovací) sestavují jednotlivé prvky spínacích obvodů do bloků (předřadníků). Předřadníky jsou označeny čísly a písmeny.
Značení zátěže:

Napájení zářivek vysokou frekvencí

Při napájení zářivky střídavým proudem o frekvenci přesahující 20 kHz se světelný tok zvýší o 15. 20 %, životnost zářivky o 20. 30 %, přičemž zmizí dva hlavní faktory negativního vlivu na člověka : pulsace světelného toku a vysoké hladiny akustického tlaku. Vytvoření výkonných, relativně levných vysokofrekvenčních elektronických předřadníků bylo možné pouze s odpovídající úrovní rozvoje mikroelektroniky. Jejich hlavní nevýhodou je vysoká cena ve srovnání s nízkofrekvenčními předřadníky. V současné době byly vyvinuty a úspěšně používány zapalovací obvody pro zářivky s elektronickými předřadníky (EPG) na bázi polovodičových prvků, nazývané energeticky úsporné, které výrazně zlepšují kvalitu osvětlení. K zapálení a stabilizaci provozního režimu výbojky se používají elektronické předřadníky, které v jednom obvodu spojují funkce tlumivky (indukční předřadník), startéru, kompenzačního a odhlučněného kondenzátoru. Elektronické předřadníky vypínají vadné lampy, čímž eliminuje nepříjemné blikání, a také rozsvěcují lampy současně bez šumu nebo blikání. To zvyšuje životnost lamp a snižuje náklady na údržbu, což vám umožňuje ušetřit energii o 20. 30 %. Podívejte se také na přednášku „11 Koncepce a obsah státní regulace zemědělství“ na toto téma. Obr. 3.3. Obvod elektronického předřadníku Kompaktní zářivky Prvotním cílem výroby kompaktních zářivek byla potřeba vytvořit energeticky úsporné zářivky s relativně nízkým světelným tokem pro použití v domácích osvětlovacích zařízeních. V současnosti vyráběné kompaktní zářivky se vyznačují nižšími výkony se stupnicí výkonu od 5 do 105 W, s rozsahem světelného toku 200 lm a výše. Konstrukčně kompaktní (tvarované) žárovky jsou vyráběny pro práci s externími elektromagnetickými předřadníky a se zabudovanými elektronickými předřadníky a závitovou paticí typu E27, E40, která umožňuje přímou výměnu žárovek bez výměny stávajícího svítidla.

Doporučené přednášky

• 2 Smyslové postižení
• 9 Principy utváření systému veřejné správy
• Přednáška č. 10 Průmyslové osvětlení
• 11 Koncepce a obsah státní regulace zemědělství
• 11. Obraz Etienna Lousteaua v Balzacově románu Ztracené iluze