基本介紹
- 中文名：高壓鈉燈
- 外文名：HPS
- 分類：照明用具
- 特點：發光效率高、透霧能力強、不鏽蝕
- 套用：大片區域照明
- 壽命： 20000小時
- 結構材料：電弧管、燈芯等
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簡介
高壓鈉燈是60年代才問世的,它是光效最高的高強度氣體放電燈,被稱為第三代照明光源。高壓鈉燈與低壓鈉燈不同,它的光譜不再是單色的黃光,而是展布在相當寬的頻率範圍內。通過譜線的放寬,高壓鈉燈發出金白色的光,這就可進行顏色的區別。
由於高壓鈉燈具有光效高、壽命長,可接受的顯色性以及不誘蟲,不易使被照物褪色等特點,這就使高壓鈉燈被廣泛的套用於普通照明的各個角落,以逐步地取代相對而言耗能大的螢光高壓汞燈。最近開發出來的顏色改善型和高顯色型高壓鈉燈可代替白熾燈,獲得極大的節能效果。
工作原理
高壓鈉燈啟動後，在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候，燈泡工作電壓很低，電流很大；隨著放電過程的繼續進行，電弧溫度漸漸上升，汞、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定，當放電管冷端溫度達到穩定，放電便趨向穩定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處於正常工作狀態。在正常工作條件下，整個啟動過程約需 10 分鐘左右。
電源電壓的波動必將引起燈泡光、電參數的變化；如果電源電壓上升將引起燈泡工作電流增大，促使電弧管冷端溫度提高，汞、鈉蒸氣壓增高，工作電壓、燈泡功率隨著增高，造成燈泡壽命大大下降；反之，電源電壓降低，燈光不能正常工作，發光效率下降，還可能造成燈泡不能啟動或自行熄滅。所以，要求客戶在燈泡使用時，電源電壓的波動不宜過大，一般要求在額定值 +6% ～ -8% 範圍之內變化。
當燈泡啟動後，電弧管兩端電極之間產生電弧，由於電弧的高溫作用使管內的液鈉汞氣受熱蒸發成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發射的電子在向陽極運動過程中，撞擊放電物質的原子，使其獲得能量產生電離或激發，然後由激發態回復到基態；或由電離態變為激發態，再回到基態無限循環，此時，多餘的能量以光輻射的形式釋放，便產生了光。高壓鈉燈中放電物質蒸氣壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現其它可見光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優於低壓鈉燈。 高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈泡。由於氣體放電燈泡的負阻特性，如果把燈泡單獨接到電網中去，其工作狀態是不穩定的，隨著放電過程繼續，它必將導致電路中電流無限上升，最後直至燈管或電路中的零部件被過流燒毀。
伏—安特性
高壓鈉燈同其他氣體放電燈泡一樣，工作是弧光放電狀態，伏—安特性曲線為負斜率，即燈泡電流上升，而燈泡電壓卻下降。在恆定電源條件下，為了保證燈泡穩定地工作，電路中必須串聯一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負阻特性，穩定工作電流，該元件稱為鎮流器或限流器。
結構材料
電弧管
電弧管是高壓鈉燈的關鍵部件。電弧管工作時，高溫高壓的鈉蒸氣腐蝕性極強，一般的抗鈉玻璃和石英玻璃均不能勝任；而採用半透明多晶氧化鋁和陶瓷管做電弧管管體較為理想。它不僅具有良好的耐高溫和抗菌素鈉蒸氣腐蝕性能，還有良好的可見光穿越能力。另外，單晶氧化鋁陶瓷管在耐高溫、抗鈉蒸氣腐蝕和透光率等性能均優於多晶氧化鋁陶瓷管；因其價格昂貴，所以很少被採用。 電弧管是把電極、多晶氧化鋁陶瓷管、帽、焊料環裝配在一起，加入鈉汞齊進入封接爐封接；同時充入少量氙氣，以改善燈泡的啟動特性。電極是用高純鎢絲繞成螺旋狀，在螺旋孔中插入芯桿，浸漬電子粉，然後將電極芯桿一端和鈮管封閉端焊接成一體。多晶氧化鋁陶瓷管（帽）是選用多晶氧化鋁陶瓷粉經混粉、噴霧乾燥、等靜壓成形、素燒、高溫燒結和切割等工序製成。 高壓鈉燈的光、電參數與電弧管的內徑和弧長（兩電極之間距離）有著密切聯繫。
燈芯
燈芯是採用金屬支架將電弧管、消氣劑環等固定在芯柱上，電弧管兩端電極分別與芯柱上兩根內導絲相連線。芯柱由導絲、排氣管和喇叭經高溫火焰熔融成一體。金屬導絲與玻璃封接部分的膨脹係數應與匹配，可避免因二種封接材料的膨脹係數不相同，造成封接處玻璃產生應力而爆裂或燈泡慢性漏氣。
玻殼
玻殼是選用高溫的硬料玻璃製造。玻殼與燈芯的喇叭口經高溫火焰熔融封口，然後抽真空或充入惰性氣體後，再裝上燈頭整個燈泡基本成型。由於電弧管在高溫狀態下工作，其外裸的金屬極易氧化、變 脆，就必須將電弧管置於真空或惰性氣體的外殼內。這樣還可減少電弧管熱量損失，提高冷端溫度，提高發光效率。
燈頭
燈頭的作用是方便燈泡與燈座、電路相連線。長壽命燈泡要求燈頭與玻殼連線應牢固，不能有鬆動和脫落現象。所以，一般採用螺紋機械緊固技術，可防止焊泥自然老化而脫落。製造燈頭的材料一般採用黃銅帶，它可與燈座保持較小的接觸電阻，減輕金屬表面氧化層。如燈泡在特殊環境中使用，還可以在黃銅燈頭表面塗覆鉻層或鎳層。其規格型號有： E27 、 E40 二種。
消氣劑
玻殼內經抽真空後，仍可使金屬零件氧化，影響燈泡穩定地工作；所以在玻殼內放置適量消氣劑，可將燈泡內真空度提高到 高真空狀態。高壓鈉燈一般採用鋇消氣劑，它是把鋇鈦合金置於金屬環內，再將其固定在消氣劑蒸散後不影響光輸出的位置。燈泡經抽真空工序後，採用高頻感應加熱金屬環，使環內鋇鈦合金受熱後蒸散，在蒸散過程中吸收殘餘有害氣體，同時在玻殼頸部形成 一層黑色鏡面。必須指出 ，消氣劑放置位置非常重要，以黑色鏡面不阻礙光線輸出為宜；在使用過程中如發現黑色鏡面部分或全部變成灰白色，它指示該燈泡已漏氣，不能繼續使用，必須調換新燈泡。
鈉元素呈銀白色金屬，也稱金屬鈉。它的理化性能有質軟而輕，可溶於汞蒸汽。鈉光譜特點為共振輻射線寬，偏向紅色區，總輻射功率高；高壓鈉燈的光色和發光效率與鈉蒸氣壓有關。工業化生產的高壓鈉燈均採用鈉汞齊添加入燈泡內，可簡化生產工藝，同時使燈泡參數一致性有很大提高。
氙氣是一種稀有氣體，它在燈泡中的作用是幫助啟動和降低啟動電壓。氙氣壓的高低還將影響燈泡的發光
鎮流器
在高壓鈉燈的工作電路中，與燈泡配套使用的鎮流器有電感式鎮流器和電子式鎮流器兩種。電感式鎮流器由電感線圈和矽鋼片迴路製成非封閉狀，而專門留有很小間隙，使磁場處於非飽和狀態，從而起到穩定電流的作用。電子式鎮流器顧名思義它是有電子元件組成的陰流器件，也是實施照明節電的產品，它具有功耗低、體積小、重量輕、功率因數高，燈泡瞬時啟動等特點；在小功率氣體放電燈（緊湊型節能燈）中套用較廣泛，而在大功率氣體放電燈方面，困難度較大。
電子式鎮流器
電子式鎮流器鎮流器是高壓鈉燈的重要配套件，它的性能和質量好壞直接對高壓鈉燈的壽命、發光效率和自熄產生影響。高壓鈉燈鎮流器一般要求功率損耗小，安裝方便、牢固，具有良好的防水、防腐蝕和安全性能，在環境溫度 -40 ～ +45 ℃的條件下，能連續工作 12 小時以上。在額定電壓下用鎮流器測試燈泡功率與用規定的基準鎮流器測試燈泡功率相對比，其偏差應在± 7.5% 範圍內。 必須重申： 不同規格的高壓鈉燈必須配用相應規格的鎮流器，燈泡與鎮流器不能任意配用，尤其小功率燈泡配用大功率鎮流器後，導致燈泡工作電流過大，縮短使用壽命，甚至會使燈泡燒毀。 在煤泡整個壽命期間，鎮流器的電壓——功率特性曲線必須在規定的燈泡電壓和功率極限範圍內變化。
電感式鎮流器
電感式鎮流器電路系統
在高壓鈉燈的工作電路中除了燈泡外，還必須按內觸發高壓鈉燈或外觸發高壓鈉燈分別選用相應的工作電路，如燈泡 + 鎮流器或者燈炮 +鎮流器+觸發器的工作電路，方可達到高壓鈉燈正常工作的要求。
高壓鈉燈工作電路系統
高壓鈉燈工作電路系統主要特點
高壓鈉燈使用時發出金白色光，它具有發光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優點。廣泛套用於道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要套用於體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明。
白熾燈泡工作時發出暖色光，而且顯色性極佳（顯色指數Ra=100 ），從它誕生至今的相當長時間時里，仍然被人們廣泛使用的照明光源。雖然使用高壓鈉燈雖然有許多優點，但是顯色性差（ Ra=30 ）。為了保持高壓鈉燈的長壽命、高發光效率和暖色調氣氛；在改善顯色性方面，人們經過孜孜不倦地努力，已研製出符合上述要求的高顯色高壓鈉燈（又稱白光高壓鈉燈）。高顯色高壓鈉燈是在高壓鈉燈的基礎上，採用提高鈉蒸氣壓和增大電弧管管徑，同時在電弧管兩端裹上一層鈮箔，提高冷端溫度等措施來改善顯色性；另外，提高充入電弧管內氙氣壓力，使電弧中心部分溫度升高，而其餘放電部分溫度較低，通過改變電弧溫度分布的途徑來改善顯色性，其顯色指數已提高到 Ra =70 ～ 80, 發光效率可達 80 lm/w以上，可拓寬套用領域，為使用高顯色高壓鈉取代白熾燈泡成為現實。
白光高壓鈉燈
白光高壓鈉燈種類
1）普通型高壓鈉燈該類燈用氛作為啟動氣體,放電管鈉的蒸氣壓保證燈最大的發光效率。其特點光效高、壽命長,但光色較差,一般顯色指數只有15-30。因此,只能用於道路、廠區等處的照明。
2）直接替代螢光高壓汞燈的高壓鈉燈為便於高壓鈉燈的推廣而生產的,它可直接使用在相近規格的螢光高壓汞燈鎮流器及燈具裝置上。
3）舒適型高壓鈉燈為擴大高壓鈉燈在室內、外照明中的套用,對其色溫與顯色性進行了改進,使高壓鈉燈適用於居民區、工業區、零售商業區及公眾場合的使用。
4）高光效型的高壓鈉燈在燈管內充入較高氣壓的氖氣,使燈得到了極高的發光效率,面且還提高了顯色指數,可作為室內照明的節能光源,特別適合於工廠照明和運動場所的照明。
5）高顯色性高壓鈉燈為了滿足顯色性較高的需要,人們成功開發了高顯色性高壓鈉燈又稱白光高壓鈉燈。改進後的這種燈,一般顯色指數。另一個重要特點是色溫提高到以上,十分接近於白熾燈。因而,它具有暖白色的色調,顯色性高,對美化城市、美化環境有著很大的作用。這種燈可用於商業照明以及高檔商品如黃金首飾、珠寶、珍貴皮貨等的照明,而且節能效果十分顯著。
