Lampes sodium haute pression modernes

Les lampes au sodium à haute pression (HPL) sont l'une des sources lumineuses les plus efficaces et ont déjà aujourd'hui une efficacité lumineuse allant jusqu'à 160 lm / W à des puissances de 30 à 1000 W, leur durée de vie peut dépasser 25 000 heures. La petite taille du corps de la lampe et la luminosité élevée des lampes au sodium à haute pression élargissent considérablement les possibilités de leur application dans divers dispositifs d'éclairage à distribution lumineuse concentrée.

En règle générale, les lampes au sodium à haute pression fonctionnent avec un ballast inductif ou électronique. Les lampes au sodium à haute pression sont allumées à l'aide d'allumeurs spéciaux qui émettent des impulsions jusqu'à 6 kV. Le temps d'éclairage des lampes est généralement de 3 à 5 minutes.

Les avantages des lampes au sodium haute pression modernes incluent une chute relativement faible du flux lumineux pendant la durée de vie, qui, par exemple, pour les lampes d'une puissance de 400 W est de 10 à 20% en 15 000 heures avec une combustion de 10 heures cycle. Pour les lampes fonctionnant plus fréquemment, la chute du flux lumineux augmente d'environ 25 % à chaque doublement du cycle.La même relation s'applique au calcul de la réduction de la durée de vie.

Il est généralement admis que ces lampes sont utilisées là où l'économie est plus importante que la reproduction fidèle des couleurs. Leur lumière jaune chaude convient tout à fait à l'éclairage des parcs, des centres commerciaux, des routes, et aussi dans certains cas à l'éclairage architectural décoratif (Moscou en est un excellent exemple). Le développement de ces sources lumineuses au cours de la dernière décennie a conduit à une expansion spectaculaire des possibilités de leur utilisation en raison de l'apparition de nouveaux types de sortie, ainsi que de lampes à faible puissance et de lampes à rendu des couleurs amélioré.

1. Lampes sodium haute pression avec rendu des couleurs amélioré

Les lampes au sodium à haute pression constituent actuellement le groupe de sources lumineuses le plus efficace. Cependant, les lampes au sodium à haute pression standard présentent un certain nombre d'inconvénients, parmi lesquels, tout d'abord, il faut noter des propriétés de rendu des couleurs clairement détériorées, caractérisées par un faible indice de rendu des couleurs (Ra = 25 - 28) et une faible couleur température (Ttsv = 2000 — 2200 K).

Les raies de résonance élargies du sodium provoquent une émission jaune doré. Le rendu des couleurs des lampes sodium haute pression est jugé satisfaisant pour l'éclairage extérieur, mais insuffisant pour l'éclairage intérieur.

L'amélioration des performances de couleur des lampes au sodium à haute pression est principalement due à une augmentation de la pression de vapeur de sodium dans le brûleur à mesure que la température de la zone froide ou la teneur en sodium de l'amalgame augmente.(amalgame - liquide, semi-liquide ou carbure métallique avec du mercure), augmentant le diamètre du tuyau d'échappement, introduisant des additifs rayonnants, appliquant des luminophores et des revêtements interférentiels sur l'ampoule extérieure et alimentant les lampes avec un courant pulsé à haute fréquence. La diminution du flux lumineux est compensée par une augmentation de la pression de xénon (c'est-à-dire une diminution de la conductivité du plasma).

De nombreux spécialistes travaillent sur le problème de l'amélioration de la composition spectrale du rayonnement des lampes au sodium à haute pression, et un certain nombre de sociétés étrangères produisent déjà des lampes de haute qualité avec des paramètres de couleur améliorés.Ainsi, dans la nomenclature de sociétés leaders telles que General Electric, Osram, Philips il existe un large groupe de lampes au sodium avec des propriétés de rendu des couleurs améliorées.

Ces lampes avec un indice général de rendu des couleurs Ra = 50 - 70 ont une efficacité lumineuse inférieure de 25% et une durée de vie réduite de moitié par rapport aux versions standard. Il convient de noter que les principaux paramètres des lampes au sodium à haute pression sont assez importants pour les changements de tension d'alimentation. Ainsi, avec une diminution de la tension d'alimentation de 5 à 10%, la puissance, le flux lumineux, Ra perdent de 5 à 30% de leurs valeurs nominales, et lorsque la tension augmente, la durée de vie diminue fortement.

Les tentatives pour trouver un analogue économique d'une lampe à incandescence ont conduit à la création d'une nouvelle génération de lampes au sodium. Plus récemment, une famille de lampes au sodium de faible puissance avec un rendu des couleurs amélioré est apparue. Philips a introduit une série de lampes SDW 35-100 W avec Ra = 80 et le chroma d'émission est proche de celui des lampes à incandescence. L'efficacité lumineuse de la lampe est de 39 à 49 lm / W et le système de lampe - ballast de 32 à 41 lm / W.Une telle lampe peut être utilisée avec succès pour créer des accents lumineux décoratifs dans les lieux publics.

° La gamme de lampes OSRAM COLORSTAR DSX, associée à l'unité de commande électronique POWERTRONIC PT DSX, est un tout nouveau système d'éclairage qui permet, en utilisant la même lampe, de modifier la température de couleur. Le changement de la température de couleur de 2600 à 3000 K et inversement se fait à l'aide d'un ballast électronique avec un interrupteur spécial. Cela vous permet de créer un intérieur lumineux pour les objets exposés dans des vitrines correspondant à l'heure de la journée ou de la saison. Les lampes de cette série sont respectueuses de l'environnement, car elles ne contiennent pas de mercure. Le coût d'une installation d'éclairage composée de tels kits est 5 à 6 fois plus élevé que celui des lampes halogènes à incandescence.

Une version modifiée du système COLORSTAR DSX, COLORSTAR DSX2, a été développée pour l'éclairage extérieur. Avec un ballast spécial, le flux lumineux du système peut être réduit à 50% de la valeur nominale. Cette série de lampes ne contient pas non plus de mercure.

Lampes sodium haute pression basse consommation

Parmi les lampes au sodium haute pression actuellement produites, la plus grande part revient aux lampes d'une puissance de 250 et 400 watts. A ces puissances, l'efficacité des lampes est considérée comme maximale. Récemment, cependant, il y a eu une augmentation significative de l'intérêt pour les lampes au sodium à faible puissance en raison du désir d'économiser de l'électricité en remplaçant les lampes à incandescence par des lampes à décharge à faible puissance dans l'éclairage intérieur.

La puissance minimale des lampes au sodium à haute pression obtenues par les entreprises étrangères est de 30 à 35 W.L'usine de lampes à décharge de Poltava maîtrisait la production de lampes au sodium de faible puissance d'une puissance de 70, 100 et 150 W.

Les difficultés de création de lampes au sodium de faible puissance sont associées au passage à de faibles courants et diamètres de tuyaux de décharge, ainsi qu'à une augmentation de la longueur relative des zones d'électrodes par rapport à la distance entre les électrodes, ce qui conduit à un très haut sensibilité de la lampe au mode d'alimentation, aux écarts dans les dimensions de conception du tuyau d'échappement et des tuyaux et à la qualité des matériaux. Par conséquent, dans la production de lampes au sodium de faible puissance, les exigences de respect des tolérances pour les dimensions géométriques des ensembles de tuyaux d'échappement, pour la pureté des matériaux et la précision du dosage des éléments de remplissage sont augmentées. Des technologies de base existent déjà pour maîtriser la production en série de ces sources lumineuses économiques et durables.

OSRAM propose également une série de lampes de faible puissance qui ne nécessitent pas d'allumeur (les brûleurs contiennent un mélange Penning). Cependant, leur efficacité lumineuse est de 14 à 15 % inférieure à celle des lampes standard.

L'un des avantages des lampes qui ne nécessitent pas d'allumeur à impulsions est la possibilité de les installer dans des lampes au mercure (sous d'autres conditions nécessaires). Par exemple, la lampe NAV E 110 avec un flux lumineux de 8000 lm est tout à fait interchangeable avec une lampe au mercure de type DRL -125> avec un flux lumineux nominal de 6000 - 6500 lm. Des développements internes similaires sont utilisés depuis longtemps dans notre pays. Actuellement, LISMA OJSC, par exemple, produit des lampes DNaT 210 et DNaT 360, destinées à remplacer directement les DRL 250 et DRL 400, respectivement.

NLVD sans mercure

Ces dernières années, des efforts notables ont été faits dans le domaine de la protection de l'environnement dans de nombreux pays. Un domaine de ces efforts est de réduire ou d'éviter l'apparition de composés toxiques de métaux lourds (par exemple, le mercure) dans les produits finis industriels. Ainsi, les thermomètres médicaux contenant du mercure sont progressivement remplacés par des thermomètres sans mercure.

La même tendance est répandue dans le domaine des technologies de fabrication de sources lumineuses. La teneur en mercure d'une lampe fluorescente de 40 watts est passée de 30 mg à 3 mg. Dans le cas des lampes au sodium à haute pression, ce processus n'avance pas aussi vite, aussi parce que le mercure augmente considérablement l'efficacité de ces sources lumineuses, qui sont aujourd'hui reconnues comme les plus économiques.

Les lampes sans mercure existantes et en développement semblent avoir un bel avenir. La série déjà mentionnée de lampes Osram COLORSTAR DSX ne contient pas de mercure, ce qui est une grande réussite de l'entreprise. Ces lampes, ainsi que des ballasts électroniques spéciaux, sont des systèmes à usage spécial où l'efficacité et la simplicité ne sont pas la priorité absolue.

La gamme de lampes sans mercure de Sylvania est célèbre depuis longtemps. Le fabricant accorde une attention particulière aux propriétés améliorées de rendu des couleurs, en les comparant avec des analogues standard de sa propre production.

Il n'y a pas si longtemps, le développement des ingénieurs de Matsushita Electric (Japon) a été publié, qui est un NLVD sans mercure avec un rendu des couleurs élevé qui ne nécessite pas de ballast à impulsion spécial.

A la fin de la durée de vie d'une lampe traditionnelle, la couleur du rayonnement prend une teinte rosée, due à une modification du rapport sodium/mercure dans l'amalgame.Cette teinte ne crée pas une impression particulièrement agréable, contrairement à la couleur jaunâtre de la lampe test dans les mêmes conditions. Lorsque la température de couleur augmente, Ra augmente d'abord jusqu'à un niveau maximum (à T = 2500 K), puis diminue.

Pour réduire l'écart, les développeurs ont modifié la pression du xénon et le diamètre interne du brûleur. Il a été conclu que l'écart par rapport à la ligne du corps noir diminue avec l'augmentation de la pression de xénon, mais que la tension d'allumage augmente. A une pression de 40 kPa, la tension d'allumage est d'environ 2000 V, même en tenant compte de la présence d'un circuit pour la faciliter. Lorsque le diamètre intérieur passe de 6 à 6,8 mm, l'écart par rapport à la ligne noire du corps diminue, mais l'efficacité lumineuse diminue, ce qui est inacceptable pour la tâche à accomplir.

Une lampe au sodium à Ra élevé sans mercure a presque les mêmes caractéristiques que son homologue contenant du mercure. Une lampe sans mercure a une durée de vie 1,3 fois plus longue.

Lampes d'éclairage à haute pression de 150 W avec un indice de rendu des couleurs élevé : a — sans mercure, b — la version habituelle.

Lampes sodium haute pression à deux brûleurs

L'apparition récente d'échantillons en série de lampes au sodium à haute pression avec des brûleurs connectés en parallèle d'un certain nombre de fabricants de premier plan suggère que cette direction est prometteuse, car une telle solution contribue non seulement à une augmentation significative de la durée de vie de la lampe, mais supprime également la complexité de réallumage immédiat, élargit le potentiel de combinaison de brûleurs de puissance, de composition spectrale, etc.

Malgré la durée de vie solide indiquée, la question de la durabilité de ces lampes doit être abordée avec prudence.La durée de vie d'une telle lampe n'est vraiment doublée que si les lampes du brûleur s'allument en continu pendant toute la durée de vie de la lampe. Sinon, à la fin de la ressource, le brûleur de travail commence souvent à contourner partiellement le second (ce phénomène est parfois appelé «fuite» électrique; dans ce cas, le gaz raréfié dans l'ampoule extérieure est interrompu par la tension des impulsions d'allumage ), et donc des difficultés peuvent survenir avec son allumage.

Lampes sodium haute pression avec allumeur haute tension

Les ingénieurs japonais (Toshiba Lighting & Technology proposent une solution optimale, de leur point de vue, pour éliminer les phénomènes mentionnés ci-dessus dans une lampe à deux brûleurs. La conception de la lampe contient deux sondes d'allumage qui assurent l'allumage d'un certain brûleur lorsque ce sont des impulsions positives ou négatives qui sont fournies. Les ballasts pour de telles lampes contiennent deux enroulements. Le circuit est assez simple et peu coûteux. Grâce à cette conception, les lampes du brûleur s'allument en alternance. L'allumage alternatif des brûleurs assure moins de « vieillissement » de les brûleurs et augmente considérablement le travail global Les ingénieurs de la même entreprise proposent une lampe avec un allumeur intégré qui ne nécessite pas de schéma de contrôle complexe.

Quelques tendances dans le développement des lampes sodium haute pression

Dans quelles directions les concepteurs et les chercheurs recherchent-ils des solutions efficaces pour les lampes sodium haute pression ? Pour répondre à cette question, il faut d'abord aborder les inconvénients évidents de ces lampes liés au confort visuel, à la simplicité et à la nécessaire sécurité électrique de la construction.Parmi eux, plusieurs principaux peuvent être distingués: mauvaises propriétés de rendu des couleurs, augmentation de la pulsation du flux lumineux, tension d'allumage élevée et plus encore - réallumage.

À en juger par les caractéristiques des lampes à haut rendu des couleurs, les développeurs ont réussi à se rapprocher de l'optimum pour ce groupe de sources lumineuses. La lutte contre l'ondulation du rayonnement, qui atteint 70 à 80 % dans les lampes au sodium à haute pression, est généralement réalisée à l'aide de méthodes courantes, telles que la commutation des lampes dans différentes phases du réseau (dans les installations à plusieurs lampes) et la fourniture de courant à haute fréquence. . L'utilisation de ballasts électroniques spéciaux élimine pratiquement ce problème.

Les dispositifs d'allumage par impulsions (IZU) actuellement utilisés avec la plupart des kits NLVD - PRA compliquent le fonctionnement des lampes et augmentent le coût du kit lampe - PRA. Les impulsions d'allumage IZU affectent négativement le ballast et la lampe, il y a des pannes prématurées de ces appareils. Par conséquent, les développeurs recherchent des moyens de réduire la tension d'allumage, ce qui vous permet d'abandonner l'IZU.

Le problème de fournir un rallumage immédiat est généralement résolu de deux manières. Il est possible d'utiliser des allumeurs qui émettent des impulsions d'amplitude accrue, ou d'utiliser la lampe à deux brûleurs mentionnée, qui ne nécessite pas de tels dispositifs.

La durée de vie des lampes au sodium est considérée comme la plus longue parmi les sources lumineuses à haute intensité. Cependant, dans ce domaine, les concepteurs veulent obtenir le meilleur.On sait que la durée de vie et la chute du flux lumineux en fonctionnement dépendent de la vitesse à laquelle le sodium quitte le brûleur. La fuite de sodium de la décharge entraîne l'enrichissement de la composition de l'amalgame en mercure et une augmentation de la tension de la lampe à (150 - 160 V) jusqu'à ce qu'elle s'éteigne. Beaucoup de recherche, de développement et de brevets ont été consacrés à ce problème. Parmi les solutions les plus réussies, il convient de noter le distributeur d'amalgame de GE, utilisé dans les lampes en série. La conception du doseur assure un flux strictement limité d'amalgame de sodium dans le tube à décharge tout au long de la durée de vie de la lampe.En conséquence, la durée de vie est augmentée, l'assombrissement des extrémités du tube est réduit et le flux lumineux reste presque constant (jusqu'à 90% de la valeur d'origine) .

Bien sûr, la recherche et l'amélioration des lampes au sodium à haute pression ne sont pas encore terminées et nous devons donc nous attendre à de nouvelles solutions, éventuellement exclusives, dans une grande famille de ces sources lumineuses prometteuses.

Matériaux utilisés du livre "Économie d'énergie dans l'éclairage". Éd. Professeur Y. B. Eisenberg.