Lámpara de halogenuros metálicos

Una lámpara de halogenuros metálicos (MHL) es uno de los tipos de lámparas de descarga de gas de alta presión (GRL). Se diferencia de otros GRL en que para corregir las características espectrales de una descarga de arco en vapor de mercurio, se dosifican aditivos radiantes especiales (ID), que son haluros de algunos metales, en el quemador MGL.

Terminología

Hasta mediados de la década de 1970. en la ingeniería de iluminación doméstica, se utilizó el término "lámpara de halogenuros metálicos", que se debió al nombre de los elementos químicos del grupo VII del sistema periódico  : "haluros". En la nomenclatura química, el uso de este término se reconoció como incorrecto, ya que "halógeno" en la traducción literal del griego es "como una sal", y la palabra " halógeno " - literalmente "sal", que indica la alta actividad química de estos sustancias y la formación en reacciones con ellas sales metálicas. Por lo tanto, actualmente se utiliza el término en ruso "lámpara de halogenuros metálicos", que se incluye en la edición rusa del Diccionario Internacional de Iluminación CIE . El uso de lisiados verbales del término inglés "metal halide lamp" ("metal halide", "metal halide") es inaceptable.

Aplicación

MGL es una fuente de luz (IS) compacta, potente y eficiente, que se usa ampliamente en dispositivos de iluminación y señales de luz para varios propósitos. Principales aplicaciones: iluminación de películas, iluminación exterior utilitaria, decorativa y arquitectónica, faros de automóviles (llamados " xenón "), instalaciones de iluminación (OU) de edificios industriales y públicos, iluminación de escenarios y estudios, OU para iluminar grandes espacios abiertos ( estaciones de tren , canteras, etc.), etc.iluminación amplificadores operacionales tecnológicos .

Cómo funciona

El cuerpo luminoso del MGL es un plasma de descarga eléctrica de arco de alta presión. En este MGL es similar a otros tipos de radar. El elemento principal para llenar el tubo de descarga (DT) del MGL es un gas inerte (por regla general, argón Ar) y mercurio Hg. Además de ellos, algunos haluros metálicos (aditivos radiantes - ID) están presentes en el medio gaseoso de llenado, generalmente yoduro de sodio y yoduro de escandio [1] . En estado frío, el ID en forma de película delgada se condensa en las paredes del RT. A una temperatura alta de la descarga del arco, las paredes se calientan y estos compuestos se evaporan, los vapores se difunden en la región de la columna de descarga del arco y se descomponen en iones. Como resultado, los átomos de metal ionizado se excitan y crean radiación óptica (OR).

La función principal del gas inerte que llena el RT de los MHL, como en otros RL de mercurio, es amortiguar, es decir, el gas facilita el flujo de corriente eléctrica a través del RT a su baja temperatura, es decir, en un momento en que la mayor parte del mercurio y, especialmente, el ID, se encuentran todavía en fase líquida o sólida y su presión parcial es muy pequeña e insuficiente para el desarrollo de la descarga. A medida que la RT se calienta por la corriente, se produce la evaporación del mercurio y la ID, en relación con esto, los parámetros eléctricos y de luz de la lámpara cambian significativamente: la resistencia eléctrica de la RT, el flujo luminoso y el espectro de emisión .

El ID se elige de tal manera que llene los "vacíos" en el espectro de emisión de mercurio para obtener el espectro de lámpara requerido. Así, en los MGL utilizados para iluminación general y local, es necesario compensar la falta de luz roja y amarilla en el espectro del mercurio. En MGL de color, es necesario aumentar el rendimiento de radiación en un rango espectral estrecho dado. Para los MGL utilizados en procesos fotoquímicos o fotofísicos, por regla general, es necesario aumentar la intensidad de la radiación en la región del ultravioleta cercano (UV-A) y la región del RI visible (violeta) inmediatamente adyacente.

El principio mismo de funcionamiento de la MGL fue propuesto en 1911 por C. Steinmetz , aunque, trazando analogías históricas, se puede ver una analogía en el diseño de "Casquillos Auer" utilizados para aumentar la salida de luz de las fuentes de luz de queroseno y gas (IS ).

Al igual que otros tipos de radar, MHL requiere el uso de dispositivos especiales para iniciar la descarga. Como ellos, se utilizan electrodos auxiliares (encendido), generalmente de diseño similar a los electrodos de las lámparas DRL, o precalentamiento de uno de los electrodos a la temperatura de emisión termoiónica, o dispositivos de encendido por pulsos externos (IZU). La coordinación de los parámetros (características de voltaje, características I-V) de la fuente de alimentación y la lámpara se lleva a cabo utilizando un balasto (balasto) , comúnmente llamado balasto.

Como regla general, se utiliza un estrangulador como equipo de control, a veces un transformador elevador con mayor disipación magnética de su núcleo ferromagnético, lo que garantiza la naturaleza incidente de su CVC externo. En el último caso, la descarga en el MGL se enciende bajo la influencia de un alto voltaje de circuito abierto del transformador sin el uso de ningún otro dispositivo de encendido.

La posibilidad de una amplia variación de las características espectrales y eléctricas de los MGL, un amplio rango de potencia y una alta eficiencia luminosa contribuyen a su distribución cada vez más amplia en diversas instalaciones de iluminación. MGL es uno de los sustitutos más prometedores para las lámparas DRL y, debido al espectro de radiación que es más favorable para la percepción humana, también es RLVD de sodio (NLVD).

Construcción

La base del MGL es el RT (quemador), generalmente fabricado en vidrio de cuarzo . En los últimos años, los MGL con RT hechos de cerámicas especiales se han generalizado cada vez más. La ventaja de los quemadores cerámicos es su mayor resistencia al calor.

En la mayoría de los diseños de MGL, el quemador se coloca en un matraz externo, que desempeña una doble función. Primero, el matraz exterior asegura el régimen térmico normal de la RT, reduciendo su pérdida de calor. En segundo lugar, el vidrio del matraz actúa como un filtro de luz , que corta fuertemente la fuerte radiación UV del quemador. Para la fabricación de los matraces externos MGL se utiliza vidrio de borosilicato , el cual es mecánica y térmicamente estable, perteneciente al grupo de los vidrios de tungsteno según el coeficiente de temperatura de expansión lineal (TCLE).

Los MGL destinados a su uso en procesos tecnológicos, por regla general, no tienen un matraz externo, lo que se debe a la necesidad de un uso eficiente de su radiación UV. Para reducir la formación de ozono, a veces se utiliza vidrio de cuarzo sin ozono para tales MGL, lo que atenúa significativamente la salida de la línea de resonancia de mercurio de 185 nm.

MHL se puede fabricar en versiones de uno o dos extremos (sofito) (estas últimas están diseñadas para operar solo en posición horizontal). La gama de bases utilizadas es muy amplia y está en constante expansión debido al desarrollo de nuevos modelos de lámparas diseñadas para aplicaciones específicas. Algunos modelos de lámparas, diseñadas principalmente para reemplazar las lámparas DRL, tienen una capa de fósforo en el interior de la bombilla exterior.

Para facilitar el encendido del MGL, algunos diseños RT prevén la instalación de uno o dos electrodos auxiliares (de encendido)  , similar al diseño de las lámparas tipo DRL . Sin embargo, el uso de este método en MHL es difícil por varias razones, debido a las peculiaridades de la composición química del relleno RT. Como regla general, en los MGL equipados con un electrodo de encendido, la fuente de alimentación de este último se apaga mediante un contacto térmico después del encendido en el quemador de descarga principal y su calentamiento. El encendido del MGL con la ayuda de IZU se usa más ampliamente.

Esquemas de inclusión en la red eléctrica

La fuerte dependencia de la corriente MGL del voltaje a través de ella requiere la inclusión de un elemento limitador de corriente (PRA) en serie con la lámpara. La mayoría de los MGL están diseñados para funcionar con balastos en serie para lámparas DRL de la potencia adecuada (si no hay encendedores especiales en la bombilla de la lámpara, se requiere una instalación IZU en dichos circuitos). Existen MGL para trabajar con balastos, tanto DRL como HPS. También hay balastos de diseños especiales con autotransformadores elevadores o transformadores con disipación magnética aumentada o con IZU incorporado, que combinan las funciones de limitación de corriente y arranque de encendido de la lámpara.

El proceso de calentamiento y entrada en el modo de funcionamiento del MGL va acompañado de cambios significativos en la corriente y el voltaje de la lámpara, y se imponen requisitos especiales en el diseño del balasto y la IZU, que difieren significativamente de los requisitos para equipos de control para DRL y lámparas de sodio de alta presión. La evaporación del DI durante el calentamiento de la MGL hace probable que la lámpara se apague debido a un voltaje insuficientemente alto a través de ella.

Extremadamente peligrosa para el MHL es la resonancia acústica (AR), que ocurre cuando la lámpara está alimentada por una corriente alterna de cierta frecuencia (en el rango acústico). El motivo de la aparición de AR es que cuando cambia la dirección del flujo de corriente, el arco se apaga y, con un aumento de voltaje, se enciende nuevamente. En este caso, debido a un cambio brusco de presión en el área de descarga, surge una onda acústica que se refleja en las paredes del quemador. A un determinado valor de frecuencia, se produce un fenómeno de resonancia. La frecuencia AR depende de las dimensiones geométricas del quemador de la lámpara y de la velocidad del sonido en él (es decir, de la presión del momento). Las consecuencias de la resonancia acústica son inestabilidad de la lámpara, extinción espontánea y, en el peor de los casos, destrucción física del quemador. Este fenómeno complica el diseño de balastos electrónicos de alta frecuencia para MGL. Como uno de los métodos para combatir AR, se utiliza la modulación de frecuencia por una señal aleatoria. Para lámparas de baja potencia, la corriente rectificada (pulsante) se usa con éxito.

Las interrupciones breves en el suministro de energía hacen que el MGL se apague. Una fuerte vibración puede conducir al mismo resultado, especialmente peligroso para lámparas con un arco largo, que funcionan en posición horizontal. Para volver a encender, el MGL debe enfriarse para que la presión de vapor en él y, en consecuencia, el voltaje de ruptura del RT disminuya. Para iluminar objetos especialmente críticos, donde las interrupciones son inaceptables, se utilizan balastos de encendido rápido. En ellos, el encendido de un MHL caliente se logra mediante el suministro de pulsos de encendido más potentes con una amplitud de hasta 30–60 kV. Este modo acelera significativamente la destrucción de los electrodos de la lámpara, además, requiere el uso de un mejor aislamiento de las partes que transportan corriente y, por lo tanto, rara vez se usa.

Temperatura de color ardiente

Inicialmente, las MGL se usaban en lugar de las lámparas de mercurio en aquellos lugares donde era necesario crear una luz con características cercanas a las naturales, debido al hecho de que estas lámparas emiten luz blanca (las lámparas de mercurio emiten luz con una gran mezcla de luz azul). ). Sin embargo, en la actualidad, la diferencia entre los espectros de este tipo de lámparas no es tan significativa. Algunas lámparas de halogenuros metálicos pueden producir luz diurna blanca muy pura con un índice de reproducción cromática superior a 90.

Los MGL son capaces de emitir luz con una temperatura de color que oscila entre 2500 K (luz amarilla) y 20 000 K (luz azul). Se han creado algunos tipos de lámparas especiales para emitir el espectro que necesitan las plantas (utilizadas en invernaderos, invernaderos, etc.) o animales (utilizadas en la iluminación de acuarios). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que debido a la presencia de tolerancias y desviaciones estándar en la producción de lámparas en fábrica, las características de color de las lámparas no se pueden especificar con una precisión del 100 %. Además, según las normas ANSI, las características de color de las lámparas de halogenuros metálicos se miden después de 100 horas de su funcionamiento (la llamada exposición). Por lo tanto, las características de color de estas lámparas no serán las especificadas hasta que la lámpara se haya sometido a esta exposición.

Las discrepancias más fuertes con los datos de especificación declarados son para lámparas con tecnología de arranque de "precalentamiento" (±300 K). Las lámparas producidas con la última tecnología "pulse start" han mejorado su cumplimiento de las características declaradas, como resultado de lo cual la discrepancia es de 100 a 200 K. Las características eléctricas de la red eléctrica, así como debido a desviaciones en las lámparas ellos mismos, también pueden afectar la temperatura de color de las lámparas. En el caso de que la potencia suministrada a la lámpara sea de potencia insuficiente, tendrá una temperatura física más baja y su luz será "fría" (con más luz azul, lo que las hará muy parecidas a las lámparas de mercurio). Este fenómeno ocurre debido al hecho de que un arco con una temperatura insuficientemente alta no podrá evaporarse por completo e ionizar la ID, lo que le da a la luz de la lámpara un tono cálido (colores amarillo y rojo), por lo que el espectro de luz más claro el mercurio ionizado dominará en el espectro de la lámpara. El mismo fenómeno también se observa durante el calentamiento de la lámpara, cuando la bombilla de la lámpara aún no ha alcanzado la temperatura de funcionamiento y las ID no están completamente ionizadas.

Para las lámparas alimentadas con un voltaje excesivamente alto, ocurre lo contrario, pero esta situación es más peligrosa, debido a la posibilidad de explosión de la bombilla interna debido a su sobrecalentamiento y la aparición de un exceso de presión en ella. Además, cuando se utilizan lámparas de halogenuros metálicos, sus características de color suelen cambiar con el tiempo. En grandes instalaciones de iluminación que utilizan lámparas de halogenuros metálicos, a menudo todas las lámparas difieren significativamente en las características de color.

Tipos y sus designaciones

El rango de potencia de MGL comienza con decenas de vatios y alcanza los 10-20 kW. Las más populares son las lámparas utilizadas en iluminación exterior OS (monoterminal de 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 W y focos de 70 y 150 W).

Las lámparas de un solo extremo se designan con la abreviatura SE (single-ended) y las de dos lados, respectivamente, con la abreviatura DE (doble extremo). Las lámparas con una base de un solo lado, por regla general, se atornillan en el zócalo con la rosca en la base (tienen la llamada base Edison). Las lámparas con casquillo de doble cara deben insertarse en portalámparas situados a ambos lados de la luminaria utilizada.

Los flujos de convección de haluros metálicos en el plasma del arco MGL dependen de la dirección de la gravedad y afectan significativamente la distribución del flujo de energía que sale del quemador MGL. [2] [3] Por lo tanto, las lámparas de halogenuros metálicos son sensibles a la posición en la que se instalan. Las lámparas solo están diseñadas para funcionar en una orientación específica. Sin embargo, las lámparas marcadas como "universales" se pueden operar en cualquier posición, aunque si se operan en una posición no vertical, la vida útil y la salida de luz se reducirán. Para obtener el mejor rendimiento al usar una lámpara en el caso de que se conozca su orientación de antemano, es necesario elegir no una lámpara universal, sino una lámpara correspondiente para esta posición.

Se utilizan varios códigos para indicar la orientación recomendada de la lámpara en la que se debe operar (por ejemplo, U = universal, BH = base horizontal, BUD = Base arriba/abajo, etc.). Cuando utilice lámparas en posición horizontal, es mejor apuntar hacia arriba con la punta de la bombilla interior (llamada boquilla).

En el sistema ANSI, la designación MHL comienza con la letra "M", seguida de una codificación numérica que indica las características eléctricas de la lámpara, así como el tipo de balasto correspondiente (la letra "H" se utiliza para designar lámparas de descarga de mercurio , y se utiliza la letra "S" para designar lámparas de sodio).") Tras la codificación numérica, siguen dos letras que indican el tamaño de la lámpara, su forma, así como el tipo de revestimiento, etc., a excepción del color. Después de esta designación, el fabricante puede agregar opcionalmente cualquier código numérico o alfabético para mostrar información que no se muestra en el sistema de designación ANSI, como la potencia de la lámpara y el color de la lámpara. Para la elección del balasto, solo es importante la letra "M" y la siguiente codificación numérica. Por ejemplo, el código ANSI M59-PJ-400 indica una lámpara que funciona solo con balastros tipo M59. Las lámparas de los fabricantes europeos se fabrican según los estándares europeos, que en algunos casos difieren ligeramente de los estándares ANSI.

Otra designación que se encuentra a menudo al elegir un MGL es la abreviatura HQI. Esta abreviatura es una marca registrada de OSRAM y se refiere a un tipo especial de lámpara producida por esta empresa. Pero con el tiempo, esta abreviatura comenzó a llamarse MGL de cualquier fabricante, incluidos aquellos con base de doble cara. Los MGL europeos no cumplen exactamente con los estándares ANSI y funcionan con diferentes valores de corriente y voltaje. En la mayoría de los casos, el análogo europeo directo de la lámpara ANSI no se puede utilizar con el balasto americano, por lo tanto, para poder trabajar con este tipo de lámpara, es necesario seleccionar el balasto adecuado, marcado como HQI. Por ejemplo, los balastos M80 y M81 también llevan la designación HQI y se usan con lámparas de 150W y 250W respectivamente.

Frascos

La designación de los frascos consta de una letra o letras que indican su forma y un código numérico que indica en octavos de pulgada el diámetro máximo posible del frasco. Por ejemplo, la marca E17 indica que la lámpara es elipsoidal con un diámetro máximo de 17/8 o 2 1/8 pulgadas .

Designaciones de letras del matraz: BT (tubular bulboso) - tubular bulboso, E o ED (elipsoidal) - elipsoidal, ET (tubular elipsoidal) - tubular elipsoidal, PAR (parabólico) - parabólico, R (reflector) - reflejo, T (tubular) es tubular.

Notas

1. ↑ Flesh, Peter. Luz y fuentes de luz:  lámparas de descarga de alta intensidad . - Springer, 2006. - Págs. 45-46. — ISBN 3-540-32684-7 .
2. ↑ Borodin V.I., Luizova L.A., Khakhaev A.D., Trukhacheva V.A. Investigación de las distribuciones temporales y espaciales de los parámetros de un plasma de arco cerrado de alta presión multicomponente. - Petrozavodsk: Interuniversitario. Se sentó. Óptica de medios no homogéneos., 1981. - S. 117-141 .
3. ↑ Borodin VI Convección en descargas de arco de mercurio con impurezas fácilmente ionizables. - Moscú: Física térmica de altas temperaturas., 1982. - T. 20 , no. 3 . - S. 443-446 .

Literatura

• Rokhlin G. N. Fuentes de luz de descarga de gas. - M. : Energoatomizdat, 1991. - ISBN 5-283-00548-8 .

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