Безэлектродная лампа

Индукционная лампа круглая

Внутренняя безэлектродная лампа или индукционная лампа представляет собой газоразрядную лампу, в которой электрическое или магнитное поле передает энергию, необходимую для генерации света снаружи оболочки лампы, газу внутри. Это отличается от типичной газоразрядной лампы, в которой используются внутренние электроды, подключенные к источнику питания с помощью проводников, которые проходят через кожух лампы. Отсутствие внутренних электродов дает два преимущества:

• Увеличенный срок службы лампы (внутренние электроды являются самым ограничивающим фактором в сроке службы лампы, поскольку их металл будет распыляться на концы лампы при каждом включении) ^{[ необходима цитата ]}
• Возможность использовать светообразующие вещества с более высокой эффективностью, которые будут реагировать с внутренними металлическими электродами в обычных люминесцентных лампах ^{[ необходима ссылка ]}

Распространены две системы: плазменные лампы , в которых электростатическая индукция возбуждает энергию в колбе, заполненной парами серы или галогенидами металлов , и флуоресцентные индукционные лампы, которые похожи на колбу обычной люминесцентной лампы, которая индуцирует ток с помощью внешней катушки с проволокой посредством электродинамической индукции .

История [ править ]

В 1882 году Филип Диль (изобретатель) получил патент на разновидность индукционной лампы накаливания. ^[1]

Никола Тесла продемонстрировал беспроводную передачу энергии к безэлектродным лампам в своих лекциях и статьях в 1890-х годах, а затем запатентовал систему распределения света и энергии на этих принципах. ^[2]

Пример круглой магнитно-индукционной лампы мощностью 150 Вт

В 1967 и 1968 годах Джон Андерсон из General Electric ^{[3] [4]} подал заявку на патенты на безэлектродные лампы. В 1971 году , Fusion UV Systems установила 300- ваттный безэлектродная микроволновой плазмы УФ лампы на Coors банку производственной линии . ^[5] Philips представила свои системы индукционного освещения QL , работающие на частоте 2,65 МГц, в 1990 году в Европе и в 1992 году в США. Компания Matsushita представила системы индукционного освещения в 1992 году. Intersource Technologies также анонсировала в 1992 году одну систему под названием E-lamp . Работая на частоте 13,6 МГц, он был доступен на рынке США в 1993 году.

В 1990 году Майкл Ури, Чарльз Вуд и его коллеги сформулировали концепцию серной лампы . При поддержке Министерства энергетики США в 1994 году он был доработан компанией Fusion Lighting из Роквилла, штат Мэриленд, дочерней компанией подразделения Fusion UV корпорации Fusion Systems. Его истоки уходят в источники света микроволнового разряда, используемые для отверждения ультрафиолетом в полупроводниковой и полиграфической промышленности.

С 1994 года General Electric производит индукционную лампу Genura со встроенным балластом , работающую на частоте 2,65 МГц. В 1996 году Osram начала продавать свою систему индукционного освещения Endura , работающую на частоте 250 кГц. Он доступен в США как Sylvania Icetron . В 1997 году PQL Lighting представила в США системы индукционного освещения Superior Life . Большинство систем индукционного освещения рассчитаны на 100 000 часов использования, прежде чем потребуются абсолютные замены компонентов.

В 2005 году компания Amko Solara на Тайване представила индукционные лампы, которые могут регулировать яркость и использовать управление на основе IP (Интернет-протокола). Их лампы имеют диапазон от 12 до 400 Вт и работают на частоте 250 кГц.

С 1995 года бывшие дистрибьюторы Fusion, Jenton / Jenact, расширили тот факт, что возбужденная УФ-излучающая плазма действует как проводники с потерями, чтобы создать ряд патентов на безэлектродные УФ-лампы для стерилизации и бактерицидного использования.

Примерно в 2000 году была разработана система , что концентрированные радиочастотные волны в твердой диэлектрической волноводе из керамики , который возбуждаемые светоизлучающий плазму в луковице , расположенный внутри. Эта система впервые позволила получить чрезвычайно яркую и компактную безэлектродную лампу. Изобретение было предметом споров. Заявленные Фредериком Эспио (тогда из Luxim , теперь из Topanga Technologies), Чандрашекхаром Джоши и Ян Чангом, эти претензии были оспорены Ceravision Limited. ^[6] Ceravision был передан ряд основных патентов. ^{[7] [8]}

В 2006 году Luxim представила лампу для проекторов под торговой маркой LIFI. В 2007 и 2008 годах компания расширила эту технологию, добавив в нее источники света для приборов, развлечений, уличного, территориального и архитектурного освещения .

В 2009 году компания Ceravision Limited представила первую высокоэффективную плазменную лампу (HEP) под торговой маркой Alvara . Эта лампа заменяет непрозрачный керамический волновод в более ранних лампах на оптически прозрачный кварцевый волновод, что увеличивает эффективность. В предыдущих лампах горелка или колба были очень эффективными, но непрозрачный керамический волновод сильно препятствовал проецированию света. Кварцевый волновод пропускает весь свет из плазмы.

В 2012 году Topanga Технологии представила линию передовых плазменных ламп (APL), приводимых в движение в твердом состоянии радиочастотного (RF) водителя , ^[9] , таким образом обходя ограниченную жизнь магнетрона основанное драйверов, с системой мощностью 127 и 230 Вт и эффективность системы 96 и 87 люмен / ватт, с индексом цветопередачи около 70.

Несколько компаний лицензировали эту технологию, и она стала жизнеспособным энергосберегающим решением для модернизации и модернизации освещения до того, как светодиодное освещение достигло точки жизнеспособного решения по эффективности. Он широко использовался в строительстве проезжей части и высотных мачт по всему миру, заменив металлогалогенные системы высокого давления и натриевые системы высокого давления мощностью 400, 750 и 1000 Вт. Решение светоизлучающей плазмы (LEP) было отличным, поскольку оно предлагало гораздо более высокую плотность просвета, чем его аналоги HID, примерно на 50% снижение мощности и могло достигать полной интенсивности примерно через 45-60 секунд после холодного или горячего удара, в отличие от его HID предшественники.

Плазменные лампы [ править ]

Плазменные лампы - это семейство источников света, которые генерируют свет, возбуждая плазму внутри закрытой прозрачной горелки или лампы с использованием мощности радиочастоты (RF). Обычно в таких лампах используется благородный газ или смесь этих газов и дополнительных материалов, таких как галогениды металлов , натрий , ртуть или сера . Волновод используется для ограничения и фокусировки электрического поля в плазму. В процессе работы газ ионизируется, и свободные электроны, ускоренные электрическим полем , сталкиваются с атомами газа и металла. Некоторые электроны, вращающиеся вокруг газа и атомов металла, возбуждаютсяэтими столкновениями, переводя их в более высокое энергетическое состояние. Когда электрон возвращается в исходное состояние, он испускает фотон , в результате чего появляется видимый свет или ультрафиолетовое излучение, в зависимости от материалов наполнителя.

Первой плазменной лампой была ультрафиолетовая лампа для отверждения с колбой, заполненная парами аргона и ртути, разработанная Fusion UV . Эта лампа подтолкнула Fusion Systems к разработке серной лампы , которая концентрирует микроволны через полый волновод для бомбардировки колбы, заполненной аргоном и серой.

В прошлом магнетрон, который генерирует микроволны, ограничивал надежность безэлектродных ламп. Твердотельная генерация RF работает и дает долгий срок службы. Однако использование твердотельных микросхем для генерации ВЧ в настоящее время примерно в пятьдесят раз дороже, чем использование магнетрона, и поэтому подходит только для дорогостоящих осветительных ниш. Диполярная система Швеции показала, что можно значительно продлить срок службы магнетронов ^{[ требуется уточнение ]} до более чем 40 000 часов ^[11], делая возможными недорогие плазменные лампы. Плазменные лампы в настоящее время производятся Ceravision и Luxim и разрабатываются Topanga Technologies.

Ceravision представила комбинированную лампу и светильник под торговой маркой Alvara для использования в многоэтажных и уличных осветительных приборах. В нем используется оптически прозрачный кварцевый волновод со встроенной горелкой, поэтому весь свет от плазмы проходит через него. Небольшой источник света также позволяет светильнику использовать более 90% доступного света по сравнению с 55% для обычных HID-светильников. Ceravision заявляет о наивысшем рейтинге эффективности светильников (LER) ^[12] среди всех осветительных приборов на рынке и создает первую высокоэффективную плазменную лампу (HEP). Ceravision использует магнетрон для генерации необходимой мощности RF и утверждает, что срок службы составляет 20 000 часов.

Лампа LIFI компании Luxim требует 120 люмен на РЧ-ватт (т.е. без учета электрических потерь). ^[13] Лампа используется в Robe освещения «s ROBIN 300 Plasma Spot перемещения фару . ^[14] Он также использовался в линейке телевизоров с обратной проекцией Panasonic , производство которых прекращено . ^[15]

Лампы магнитной индукции [ править ]

Помимо способа соединения энергии в ртути пары, эти лампы очень похожи на обычные флюоресцентные лампы . Пары ртути в разрядном сосуде электрически возбуждаются, чтобы произвести коротковолновый ультрафиолетовый свет, который затем возбуждает внутренние люминофоры для получения видимого света. Хотя эти лампы все еще относительно неизвестны публике, они доступны с 1990 года. В отличие от лампы накаливания или обычных люминесцентных ламп, внутри стеклянной колбы нет электрического соединения ; энергия передается через стеклянную оболочку исключительно за счет электромагнитной индукции. Существует два основных типа ламп с магнитной индукцией: лампы с внешним сердечником и лампы с внутренним сердечником. Первой коммерчески доступной и все еще широко используемой формой индукционной лампы является лампа с внутренним сердечником. Тип внешнего сердечника, который был коммерциализирован позже, имеет более широкий спектр применения и доступен в форм-факторах круглой, прямоугольной и "оливковой" формы.

Лампы с внешним сердечником - это в основном люминесцентные лампы с магнитными сердечниками, намотанными вокруг части газоразрядной трубки. Сердечник обычно изготавливается из феррита , керамического материала, содержащего оксид железа и другие металлы. В лампах с внешним сердечником высокочастотная энергия от специального источника питания, называемого электронным балластом, проходит через провода, намотанные в катушку вокруг тороидального ферритового сердечника, расположенного вокруг внешней части части стеклянной трубки. Это создает высокочастотное магнитное поле внутри ферритового сердечника. Поскольку магнитная проницаемость феррита в сотни или тысячи раз выше, чем у окружающего воздуха или стекла, а ферритовый сердечник обеспечивает замкнутый путь для магнитного поля, ферритовый сердечник содержит практически все магнитное поле.

Следуя закону индукции Фарадея , изменяющееся во времени магнитное поле в сердечнике генерирует изменяющееся во времени электрическое напряжение на любом замкнутом пути, который охватывает изменяющееся во времени магнитное поле. Газоразрядная трубка образует один такой замкнутый путь вокруг ферритового сердечника, и таким образом изменяющееся во времени магнитное поле в сердечнике генерирует изменяющееся во времени электрическое поле в газоразрядной трубке. Нет необходимости в том, чтобы магнитное поле проникало в разрядную трубку. Электрическое поле, создаваемое изменяющимся во времени магнитным полем, приводит в действие разряд ртути и инертного газа так же, как разряд возбуждается электрическим полем в обычной люминесцентной лампе. Первичная обмотка на ферритовом сердечнике, сердечнике и разряде образуют трансформатор., с разрядом на одном витке вторичной обмотки этого трансформатора.

В разрядной трубке находится инертный газ низкого давления, такой как пары аргона и ртути . Атомы ртути представлены каплей жидкой ртути или полутвердой амальгамой ртути и других металлов, таких как висмут , свинец или олово.. Некоторая часть жидкой ртути или ртути в амальгаме испаряется, образуя пары ртути. Электрическое поле ионизирует некоторые атомы ртути с образованием свободных электронов, а затем ускоряет эти свободные электроны. Когда свободные электроны сталкиваются с атомами ртути, некоторые из этих атомов поглощают энергию электронов и «возбуждаются» на более высокие энергетические уровни. После короткой задержки возбужденные атомы ртути спонтанно релаксируют до своего исходного более низкого энергетического состояния и излучают УФ- фотон с избыточной энергией. Как и в обычной люминесцентной лампе , УФ-фотон диффундирует через газ внутрь внешней колбы и поглощается люминофором.покрывая эту поверхность, передавая свою энергию люминофору. Когда люминофор затем восстанавливается до исходного, более низкого энергетического состояния, он излучает видимый свет. Таким образом, УФ-фотон преобразуется в видимый свет за счет люминофорного покрытия на внутренней стороне трубки. Стеклянные стенки лампы предотвращают испускание УФ-фотонов, поскольку обычное стекло блокирует УФ-излучение на длине волны 253,7 нм и более коротких длинах волн.

В форме внутреннего сердечника (см. Диаграмму) стеклянная трубка (B) выступает в сторону колб из дна разрядного сосуда (A), образуя входящую полость. Эта трубка содержит антенну, называемую силовым ответвителем , которая состоит из катушки, намотанной на цилиндрический ферритовый сердечник . Катушка и феррит образуют индуктор, передающий энергию внутрь лампы.

Катушки антенны получают электроэнергию от электронного балласта (C), который генерирует высокую частоту . Точная частота зависит от конструкции лампы, но популярные примеры включают 13,6 МГц , 2,65 МГц и 250 кГц. Специальный резонансный контур в балласте создает начальное высокое напряжение на катушке для запуска газового разряда; после этого напряжение снижается до нормального рабочего уровня.

Система может рассматриваться как тип трансформатора , с соединителем питания (индуктор) , образующего первичную катушку и газоразрядной дуги в колбе , образующие одну вторичную катушку включения и нагрузку трансформатора. Балласт подключен к сети электроэнергии , и , как правило , предназначены для работы на напряжении от 100 до 277 В переменного тока с частотой 50 или 60 Гц, или на напряжение от 100 до 400 В постоянного тока для батареи подается аварийного освещения системы. Многие балласты доступны в моделях с низким напряжением, поэтому их также можно подключать к источникам постоянного напряжения, таким как батареи.для аварийного освещения или для использования с системами, работающими на возобновляемых источниках энергии ( солнечной и ветровой ).

В других обычных газоразрядных лампах электроды являются частью с самым коротким сроком службы, что резко ограничивает срок службы лампы. Поскольку индукционная лампа не имеет электродов, срок ее службы может быть больше. Для систем индукционных ламп с отдельным балластом срок службы может достигать 100 000 часов, что составляет 11,4 года непрерывной работы. Срок службы индукционных ламп со встроенным балластом составляет от 15 000 до 50 000 часов. Для обеспечения такого длительного срока службы пускорегулирующего устройства необходимы исключительно высококачественные электронные схемы.. Такие лампы обычно используются в коммерческих или промышленных целях. Как правило, эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание систем индукционного освещения значительно ниже из-за их среднего промышленного жизненного цикла 100 000 часов и гарантии от пяти до десяти лет.

Преимущества [ править ]

• Длительный срок службы из-за отсутствия электродов - строго говоря, почти неограниченный для лампы, но от 25 000 до 100 000 часов, в зависимости от модели лампы и качества используемой электроники, что сопоставимо с низкокачественными светодиодами 1970-х годов;
• Высокая эффективность преобразования энергии от 62 до 90 люмен / ватт (лампы большей мощности более энергоэффективны);
• Высокий коэффициент мощности из-за низких потерь высокочастотных электронных балластов, эффективность которых обычно составляет от 95% до 98%;
• Минимальное снижение светового потока (снижение светоотдачи с возрастом) по сравнению с другими типами ламп, поскольку нет испарения и истощения нити накала;
• «Мгновенное включение» и повторное включение горячего зажигания, в отличие от большинства HID-ламп, используемых в коммерческих и промышленных осветительных приборах, таких как ртутные лампы , натриевые лампы и металлогалогенные лампы ;
• Экологичность, так как индукционные лампы потребляют меньше энергии и меньше ртути в час работы, чем большинство обычных осветительных приборов, из-за их длительного срока службы. Ртуть находится в твердой форме, которая легко восстанавливается, если лампа сломана или переработана по окончании срока службы. ^{[ необходима цитата ]}

Недостатки [ править ]

• Некоторые лампы с внутренним индуктором, в которых используются высокочастотные балласты, могут создавать радиочастотные помехи (RFI), которые могут мешать радиосвязи. В более новых лампах с внешним индуктором используются низкочастотные балласты, которые обычно имеют сертификаты FCC или другие сертификаты, что предполагает соответствие нормам RFI.
• Некоторые типы индукционных ламп содержат ртуть, которая очень токсична при попадании в окружающую среду.

См. Также [ править ]

• Список источников света
• Индукционная плита

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Примеры безэлектродных ламп