氣體放電燈

氣體放電燈是由氣體、金屬蒸氣或幾種氣體與金屬蒸氣的混合放電而發光的燈。 通過氣體放電將電能轉換為光的一種電光源。氣體放電的種類很多，用得較多的是輝光放電和弧光放電(見電弧放電）。輝光放電一般用於霓虹燈和指示燈。弧光放電可有很強的光輸出，照明光源都採用弧光放電。螢光燈、高壓汞燈、鈉燈和金屬鹵化物燈是套用最多的照明用氣體放電燈。氣體放電燈在工業、農業、醫療衛生和科學研究領域的用途極為廣泛。

基本介紹

• 中文名：氣體放電燈
• 外文名：gas discharge lamp
• 放電方式：輝光放電、電弧放電
• 本質：混合放電而發光的燈
• 領域：能源
• 學科：電力

原理

氣體放電燈放電發光的基本過程分 3個階段：①放電燈接入工作電路後產生穩定的自持放電，由陰極發射的電子被外電場加速，電能轉化為自由電子的動能；②快速運動的電子與氣體原子碰撞,氣體原子被激發,自由電子的動能又轉化為氣體原子的內能；③受激氣體原子從激發態返回基態，將獲得的內能以光輻射的形式釋放出來。上述過程重複進行，燈就持續發光。放電燈的光輻射與電流密度的大小、氣體的種類及氣壓的高低有關。一定種類的氣體原子只能輻射某些特定波長的光譜線。低氣壓時，放電燈的輻射光譜主要就是該原子的特徵譜線。氣壓升高時，放電燈的輻射光譜展寬，向長波方向發展。當氣壓很高時，放電燈的輻射光譜中才有強的連續光譜成分。

種類

氣體放電燈可分為：

1、低氣壓放電燈：螢光燈（低壓汞燈）、低壓鈉燈、無極燈

2、高強度氣體放電燈：螢光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、陶瓷金屬鹵化物燈

其中螢光燈是應該最廣泛、用量最大的氣體放電光源。它具有結構簡單、光效高、發光柔和、壽命長等優點。螢光燈的發光效率是白熾燈的4-5倍，壽命是白熾燈的3-8倍，是高效節能光源。

高強度氣體放電燈：由於管壁溫度而建立發光電弧，其發光管表面負載超過3W/cm2 的放電燈。如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。

其中，金屬鹵化物燈是在高壓汞燈和鹵鎢燈工作原理的基礎上發展起來的新型高效光源，其基本原理是將多種金屬鹵化物的方式加入到高壓汞燈的電弧管中，使這些金屬原子像汞一樣電子、發光。充入不同的金屬鹵化物，可以製成不同特性的光源。

結構

各種氣體放電燈都由泡殼、電極和放電氣體構成，基本結構大同小異。泡殼與電極之間是真空氣密封接，泡殼內充有放電氣體。氣體放電燈不能單獨接到電路中去，必須與觸發器、鎮流器等輔助電器一起接入電路才能啟動和穩定工作。放電燈的啟動通常要施加比電源電壓更高的電壓，有時高達幾千伏或幾萬伏以上。採用漏磁變壓器，或用啟動器可以滿足上述要求。電弧放電一般都具有負的伏-安特性,即電壓隨電流的增加而減小。如將放電燈單獨接入電網，燈泡或電路元件將被過電流毀壞。放電燈和鎮流器串聯起來使用才能穩定工作。鎮流器可以是電阻、電感或電容。通常在直流電源時用電阻鎮流、低頻交流電源時用電感鎮流，高頻時用電容鎮流。

特點

氣體放電燈具有以下特點：①輻射光譜具有可選擇性。通過選擇適當的發光物質，可使輻射光譜集中於所要求的波長上，也可同時使用幾種發光物質，以求獲得最佳的組合光譜。②具有高效率，它們可以把25～30%的輸入電能轉換為光輸出。③壽命長。使用壽命長達1萬小時或2萬小時以上。④光輸出維持特性好，在壽命終止時仍能提供60～80%的初始光輸出。

節能技術

綜上所述，氣體放電燈節能的途徑主要有電源頻率和電源電壓兩個方面，由於控制技術等原因，目前的氣體放電燈節電設備主要採用了電壓智慧型控制的方式。
智慧型路燈節電器是一種以微電腦控制技術為基礎的燈光控制節電設備。設計先進、獨特，採用全固態電力電子功率元件製成，通過其控制軟體，自適應調整每天路燈開、關時間控制;可連續監控和調製交流正弦波，改善燈光用電系統的功率因數及平衡三相電壓輸出，穩定工作電壓，從而有效實現對帶電感式鎮流器的氣體放電燈光源的節電控制，節電效果顯著，延長燈具使用壽命，降低維護費用，減少維修工作量。

電壓恢復器

動態電壓恢復器(dynamic voltage restorers簡稱DVR)是一種保證電網供電質量的新型電力電子設備l4]，主要用於補償供電電網產生的電壓跌落，閃變和諧波等。DVR本身相當於一個受控電壓源，它可在電源和敏感負載之間插入一個任意幅值和相位的電壓。當電源電壓畸變時，通過改變。VR的電壓，達到穩定敏感負載電壓的目的。
氣體放電燈的控制設備中引入。VR電壓恢復器調節電源電壓，改善線路三相平衡，通過入光感應控制和電壓調節，可以降低配電網設備和線路的損耗，延長氣體放電燈的工作壽命，降損節能。

入光感應

採用光感應控制或自動檢測技術，在滿足照明要求的前提下，套用電壓最優控制策略，自動調節氣體放電燈電源的開斷、電壓的高低。

諧波抑制技術

由於氣體放電燈的放電特性，其電壓電流的波形在過零點的附近總存在寄生振盪，電流畸變嚴重，會在電路里產生大量的高次諧波，使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，並使絕緣層老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀，對電力系統產生危害。
因此，智慧型節電控制器引入了諧波抑制技術，使其輸出正弦波改善負荷的功率損耗，有效提高功率因數，改善了電網供電環境，用電設備更節能。

保護和監控

智慧型節電器引入了短路、過流、欠壓、缺相、故障旁路等保護功能，確保氣體放電燈的正常安全使用。

諧波污染

氣體放電燈的電光效率高、壽命長，通常是白熾燈的傘6倍，這些優點使氣體放電燈從本世紀40年代以來，得到迅速發展，出現了很多品種，以適應各種不同的照明需戛如高強度的氣體放電燈是白熾燈不能比擬的。正如一切事物都存在兩面性一樣，氣體放電燈在發展中也存在一些需要克服的問題僅就電路來說，諧波污染將是一個制約氣體放電燈套用的因素 隨著氣體放電燈的大量採用，帶來的諧波污染，已引起了電力系統有關方面的關注氣體放電燈電路本身存在產生諧波和諧波放大的條件:

1 氣體放電燈工作在弧光放電區，具有下降的伏安特性通常說的負阻特性，其本身就存在產生諧波的條件，使弧光放電的電壓出現弛張。
2為了使工作負阻區的電弧穩定，若採用鐵芯電感鎮流器，這又引入了諧波(如諧波分析亘)若使用普通電子
鎮流器，諧波也較複雜。
3為了提高電路的功率因數，採用鐵芯電感鎮流器時，並聯電容器，雖然電路功率因數提高了，但是諧波被放大了。

套用

氣體放電燈在工業、農業、醫療衛生和科學研究領域的用途極為廣泛。除作為照明光源之外，在攝影、放映、曬圖、照相複製、光刻工藝、化學合成、塑膠及橡膠老化、螢光顯微鏡、光學示波器、螢光分析、紫外探傷、殺菌消毒、醫療、生物栽培、固體雷射等方面都有廣泛套用。