4.16. Безэлектродные источники света (лампы с вч возбуждением разряда – разряд типа d)

Выделяют две основные группы ламп с безэлектродным возбуждением разряда.

1. Ртутные лампы низкого давления с люминесцирующим покрытием на поверхности колбы либо с металлогалогенными добавками в газовой среде.

2. Лампы сверхвысокого давления, возбуждаемые мощным СВЧ разрядом, с наполнением парами серы (серные лампы).

4.16.1. Безэлектродные лампы с ртутным наполнением

Безэлектродные лампы с ртутным наполнением разрабатывались на протяжении последних тридцати лет независимо в разных странах, в том числе и в России, но первые приборы промышленного изготовления были созданы лишь в 1991 году фирмой Philips. Следующими фирмами, освоившими производство ламп с ВЧ возбуждением газового разряда, были Genura и Osram (табл. 4.16). Отечественные разработки безэлектродных ламп были выполнены в Новосибирске, в Сибирском отделении Российской академии наук.

Лампы типа QL фирмы Philips изготавливаются с выносным автогенератором, что позволяет обеспечить очень высокий срок службы, поскольку долговечность транзисторов схемы накачки существенно ниже срока службы самой лампы. При выносном варианте изготовления генератор можно периодически заменять новым.

Таблица 4.16

Параметры безэлектродных ламп

Тип лампы	f, МГц	P, Вт	Ф, клм	η, лм/Вт	Ra	τсл, тыс.ч
QL Philips (1991)	2,65	55	3,5	64	80…85	60
		85	6	70
		165	12	73
Genura GEL (1994)	2,5	22	1,1	50	82	15
Endura Osram (1997)	0,25	100	8	80	>80	60
		150	12

Л ампа представляет собой замкнутую полость из легкоплавкового стекла (рис. 4.56). В центральной части оболочки располагается индуктор с ферритовым сердечником. При подаче ВЧ напряжения на обмотку индуктора в объеме лампы вспыхивает газовый разряд. Ультрафиолетовая составляющая светящегося разряда вызывает свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю часть оболочки. В качестве люминофора используется двухслойное покрытие (ГФК + УПЛ). На внутреннюю сторону люминофора наносится защитная пленка, ограничивающая воздействие ртути на люминофор и стеклянную оболочку. Без защитной пленки срок службы сокращается до 8 тыс. часов. С защитной пленкой световой поток уменьшается на 25 % только через 60 тыс. часов. Диапазон рабочих температур таких ламп от –30 до +65 ⁰С. Время разгорания примерно 1 мин.

Плотность энерговыделения ламп примерно в 4 раза больше, чем у обычных КЛЛ, поэтому для обеспечения оптимального теплового режима лампы снабжаются радиатором площадью 400 см² с теплоотводом свободной конвекции. Яркость лампы мощностью 165 Вт составляет примерно 22 кд/см².

Первые лампы фирмы QL Philips использовались для освещения площади в Лондоне и Брюсселе. Несмотря на высокую стоимость, лампы окупают себя ввиду большого срока службы. Необходимость устанавливать лампы на большой высоте обусловлена требованием максимально снизить воздействие поля ВЧ на окружающих.

Лампы типа GEL фирмы Genura выполняются в виде компактной конструкции, соединяющей излучающий баллон с цоколем, внутри которого располагается генератор ВЧ (рис. 4.57). Срок службы таких ламп ограничен сроком службы транзисторного генератора (15 тыс. часов). По сравнению с лампами накаливания эти лампы в 4…5 раз более экономичны. При стоимости 30 долларов они окупают себя через 8 месяцев непрерывной эксплуатации. За полный срок службы эксплуатация 100 штук ламп Genura обеспечивает общую экономию более 20000 долларов.

В прицокольной части установлен генератор на частоту 2,5 МГц. Генератор потребляет мощность 23 Вт от сети 230 В.

Колба покрыта изнутри люминофором марки «Полилюкс». Наполнена лампа ксеноном с небольшими добавками ртути. Снаружи лампы устанавливается световой отражатель марки Валокс из высокотемпературного полипропилена (–20…+120 ⁰С). Для снижения потерь ВЧ поля лампа покрывается прозрачной для света пленкой на основе соединения ZnO.

Впервые эти лампы были использованы для освещения зала ожидания аэропорта в Копенгагене. Во Флоренции – для подсветки памятника русскому промышленнику Н. Демидову.

В России подобные лампы разрабатывались в 1994 году с ВЧ генераторами на частоту от 100 кГц до 18 МГц.

В конце 1990 г. фирма Osram освоила выпуск безэлектродных источников света, получивших название Endura (рис. 4.58, а).

Индуктор располагается вне колбы. Это позволяет значительно увеличить мощность ламп и снизить частоту генератора до 250 кГц, а следовательно, и нежелательные последствия воздействия электромагнитного поля на окружающих. Применение УПЛ позволило уменьшить габариты источника излучения; применение амальгамы – снизить зависимость параметров газового разряда от температуры окружающей среды.

К онструкция Endura обеспечивает возможность использовать их в плоских светильниках с установкой в общем корпусе ВЧ генератора (рис. 4.58, б).

Светильники впервые нашли применение в 1998 году как взрывозащитные источники света для освещения цехов по производству хлорного газа на химическом объединении. Применялся блок из 100 приборов по 150 Вт.

В 1999 году в СО РАН (г. Новосибирск) были разработаны и испытаны так называемые светильники «трансформаторного типа». Условия формирования разряда аналогичны условиям в лампах типа Endura. Отличие состоит в том, что вместо двух индукторов используется один (рис. 4.59). Кроме того, эти лампы спроектированы на более высокую мощность разряда (от 15 до 30 кВт), соответственно возрос поток излучения (от 1,0 до 2,5 Млм), увеличились размеры разрядного канала. Лампы выполнены без люминесцирующего покрытия. Для повышения светоотдачи и исправления цветности в объем лампы, помимо паров ртути (давление паров ртути 3…5·10⁴ Па), вводятся галогениды натрия, цезия и некоторых других металлов, а также пары серы. Светоотдача ламп составляет примерно 70…80 лм/Вт. Частота напряжения возбуждения разряда от 20 до 100 кГц.